مقایسه اکچویتورهای برقی و هیدرولیکی

بررسی اکچویتور های برقی و هیدرولیکی

در این مقاله ابتدا به معرفی مختصری از اکچویتور ها و انواع آن ها می پردازیم و در ادامه به بیان و توضیح دو مدل از این اکچویتور ها که یکی هیدرولیکی و دیگری برقی است می پردازیم. تفاوت اکچویتور های هیدرولیکی و برقی را در ادامه توضیح خواهیم داد.

قطعه ای کاربردی به نام اکچویتور

عملگر یا اکچویتور (actuator) یکی از اجزای ماشینی و مکانیزمی همراه با یک سیستم کنترلی است که وظیفه حرکت و کنترل یک مکانیسم یا یک سیستم را بر عهده دارد. به زبان ساده، اکچویتور  یک «حرکت دهنده» یا یک محرک است. سیستم کنترل اکچویتور، می‌تواند ساده (یک سیستم مکانیکی ثابت یا الکترونیکی) و مبتنی بر نرم افزار (به عنوان مثال سیستم کنترل ربات)، یک انسان یا هر ورودی دیگر باشد.

سیگنال کنترل و منبع انرژی تأمین کننده اکچوئیتور

اکچویتور یا اکچوئیتور که در منابع مختلف به آن عملگر و محرک نیز اطلاق می‎شود، نیاز به سیگنال کنترل و منبع انرژی دارد. سیگنال کنترل انرژی آن نسبتاً کم و ممکن است ولتاژ یا جریان الکتریکی، فشار پنوماتیکی یا هیدرولیکی و یا حتی نیروی انسانی باشد. منبع انرژی اصلی آن نیز ممکن است جریان الکتریکی، فشار مایع هیدرولیک یا فشار پنوماتیک باشد. اکچویتور در واقع، هنگام دریافت سیگنال کنترل، با تبدیل انرژی منبع تغذیه به حرکت مکانیکی، وارد عمل می‌شود.

پرکاربردترین موارد مصرف اکچویتورها (اکچوئیتورها)

1. باز و بسته نمودن شیرهای صنعتی
2. قطع سریع جریان (در شرایطی که از لحاظ ایمنی نیاز به قطع می‎باشد)
3. باز و بسته کردن شیرهای بزرگی که به گشتاور زیادی نیاز دارند.
4. دسترسی سریع به شیرها از راه دور
5. باز و بسته کردن درهای نیازمند به کنترل از راه دور

انواع اکچویتور از منظر نوع منبع انرژی (عامل حرکت)

• اکچویتورهای الکتریکی یا برقی
• اکچویتورهای هیدرولیکی
• اکچویتورهای پنوماتیکی

انواع اکچویتور از منظر نوع حرکت

• اکچویتور خطی
• اکچویتور چرخشی یا دورانی

در اینجا قصد داریم به تفکیک به معرفی اکچویتورهای برقی و هیدرولیکی، مزایا و معایب و مقایسه آن‌ها با یکدیگر ‌پردازیم.

اکچویتورهای هیدرولیکی

اکچویتور هیدرولیکی ، متشکل از یک سیلندر یا موتور مبتنی بر سیال است که از نیروی هیدرولیکی برای تسهیل حرکت یا عمل مکانیکی استفاده می‌نماید. این نوع اکچویتور از نظر  نوع حرکت، دو حرکت خطی یا چرخشی (دورانی) را پشتیبانی می‌کند. از آنجایی که تراکم پذیری و فشرده سازی سیالات تقریبا غیرممکن است، یک اکچویتور هیدرولیکی می‌تواند نیروهای بزرگی را اعمال کند. اشکال این رویکرد شتاب محدود آن است.

کاربرد

اکچویتورهای هیدرولیکی از محبوب ترین سیستم های تبدیل انرژی هستند که در کاربردهای سنگین مانند ماشین‌آلات ساختمانی بزرگ، نیروهای محرکه در حمل‌ونقل دریایی، تسلیحات نظامی، سیستم‌های حمل و نقل و مشاغلی که در آن قدرت زیاد حاکم است، کاربرد دارند.

برای کاربردها و عملکردهای سنگین، هیچ چیز  به پای قدرت هیدرولیک نمی‎رسد. فشردن سیالاتی مانند روغن، قدرت حرکتی بیشتری نسبت به فشرده سازی گازی چون هوا ایجاد می‌کند. عملکرد اکچویتورهای هیدرولیکی نسبت به محرک ها و اکچویتورهای برقی بیشتر است.

مزایا

• این دسته از اکچویتورها، دارای قیمت مناسبی بوده و در اغلب محیط های صنعتی قابل استفاده هستند.
• ساختار ساده تری نسبت به انواع دیگر اکچویتور داشته و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری آن‌ها پایین است.
• اکچویتورهای هیدرولیکی برای کاربردهای پر فشار مناسب هستند. آن‌ها می‌توانند نیروهایی 25 برابر بیشتر از سیلندرهای پنوماتیک با اندازه مساوی تولید کنند. آن‌ها همچنین در فشارهای حداکثر 4000 psi (پوند بر اینچ مربع) نیز عمل می‌کنند.
• موتورهای هیدرولیکی نسبت قدرت به وزن بالاتری (برابر 1 تا 2 اسب بخار بر پوند) از موتورهای پنوماتیکی دارند. این باعث می شود آن‌ها اقتصادی و همچنین بسیار کارآمد باشند.
• یک اکچویتور هیدرولیکی می‌تواند نیرو و گشتاور را ثابت نگه دارد بدون اینکه پمپ به دلیل عدم تراکم پذیری سیالات، مایع یا فشار بیشتری را تأمین کند.
• اکچویتورهای هیدرولیکی می‌توانند پمپ‌ها و موتورهای خود را در فاصله قابل ملاحظه ای با حداقل افت انرژی قرار دهند.

معایب

• بزرگترین نگرانی سرمایه‌گذاران و مصرف‌کنندگان نسبت به عملگرهای هیدرولیکی، نشتی آن‌هاست. نشتی سیال هیدرولیکی مشکلات مربوط به تمیزکاری و واردآمدن آسیب‌های احتمالی به قطعات پیرامونی و محیط اطراف را در پی خواهد داشت.
• اکچویتورهای هیدرولیکی به بسیاری از قطعات جانبی از جمله مخزن سیال، موتورها، پمپ ها، شیرهای تخلیه و مبدل‌های حرارتی به همراه تجهیزات کاهش نویز احتیاج دارند. این امر نصب و جاسازی سیستم‌های حرکتی خطی را سخت و دشوار می‌سازد.

اکچویتور برقی یا الکتریکی

اکچویتورهای برقی یا الکتریکی ، نوع مدرن اکچویتور به حساب می‌آیند که در مدت زمان کوتاهی مسیری طولانی را طی کرده‌اند. این نوع اکچویتورها جهت تأمین انرژی از یک موتور الکتریکی بهره می‌گیرند اما این موتور، به جای جدا بودن مانند سیستم های پنوماتیکی یا هیدرولیکی، بخشی جدایی ناپذیر از اکچویتور است.

اکچویتورهایی که با جریان الکتریکی کار می‌کنند، مزایا و معایب خود را دارند. و اگرچه استحکام و قدرت لازم سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی را ایجاد نمی‌کنند، اما تمیزتر و گاهی در دسترس تر هستند.

مزایا

• اکچویتورهای برقی، بالاترین موقعیت را از لحاظ کنترل دقیق ارائه می‌دهند. نمونه‌ای از دامنه دقت آن 0.000315 +/ – اینچ و تکرارپذیری آن کمتر از 0.0000394 اینچ است. این نوع عملگرها، بی صدا، روان و تکرارپذیر بوده و تنظیمات آن‌ها برای هر منظور یا هر الزام نیرویی، مقیاس پذیر است.
• اکچویتورهای برقی می توانند به سرعت متصل شده و دوباره برنامه ریزی شوند، به عبارتی این دسته از اکچویتورها زمان پاسخگویی و فیدبک بسیار خوبی دارند که باعث می شود سریع اجرا شوند. بنابراین برای کارهای سریع و سبک، اکچویتورهای برقی عالی هستند.
• آن‌ها کنترل کاملی از پروفایل های حرکتی ارائه داده و می‌توانند شامل رمزگذار برای کنترل سرعت، موقعیت، گشتاور و نیروی اعمال شده باشند.
• از نظر سر و صدا ، بی صداتر از اکجویتورهای پنوماتیکی و هیدرولیکی هستند
• در این نوع اکچویتورها، منبع تأمین انرژی برق است و از آنجایی که برق یک انرژی پاک به حساب می‌آید، نشت سیالات در آن‌ها وجود ندارد و آلودگی محیطی در استفاده از آن‌ها به حداقل می‌رسد.

معایب

• هزینه و قیمت واحد اولیه یک اکچویتور برقی یا الکتریکی بالاتر از اکچویتورهای پنوماتیکی و هیدرولیکی است. طبق نمونه یک اکچویتور برقی تولید Bimba، بسته به طراحی و الکترونیک خود می تواند از 150 دلار تا بیشتر از 2000 دلار قیمت داشته باشد.
• برخلاف اکچویتورهای پنوماتیکی، که در محیط‌های خطرناک و قابل اشتعال ایمن هستند، اکچویتور‌های برقی برای همه محیط ها مناسب نیستند.
• اکچویتورهای برقی از طراحی پیچیده ای برخوردارند. این پیچیدگی منجر به خرابی و از کارافتادگی زودرس می‌شود.
• موتور انتخاب شده در محدوده نیرو، فشار و سرعت اکچویتور برقی، در یک تنظیم ثابت قفل می‌شود. اگر مجموعه ای از مقادیر مختلف برای نیرو ، فشار و سرعت مورد نظر باشد، موتور باید تغییر کند.

این مطلب به زودی به روزرسانی می شود…