Actuators - What is an Actuator?

Al comprar un actuador lineal eléctrico, hay algunas cosas que debe considerar. En primer lugar, los actuadores lineales tienen 4 características principales, cada una de las cuales tiene diferentes niveles de importancia para cualquier aplicación.  Estos son una calificación de accidente cerebrovascular - fuerza - velocidad - IP.  Por lo general, elegiría el actuador ideal basado en el trazo primero, luego la fuerza y ​​luego la velocidad. Recuerde la velocidad y la compensación de la fuerza entre sí. Esto significa que puede tener una fuerza alta, pero entonces la velocidad probablemente será más baja. Si desea alta velocidad, entonces la fuerza probablemente será más baja. 

Al seleccionar el actuador lineal eléctrico ideal, se deben considerar varios factores, que incluyen:

1. Capacidad de carga: El actuador debe ser capaz de soportar la carga que se moverá. Considere el peso de la carga y cualquier otro factor que pueda afectar la capacidad del actuador para moverla.
2. Velocidad: La velocidad del actuador debe coincidir con la velocidad requerida para la aplicación. Esto dependerá del caso de uso específico y puede implicar compensaciones entre la velocidad y otros factores como la fuerza y ​​la precisión.
3. Longitud de carrera: El actuador debe tener una longitud de carrera que sea apropiada para la aplicación. Considere la distancia que el actuador necesita viajar y cualquier restricción física que pueda limitar la longitud del golpe.
4. Fuerza: El actuador debe poder generar suficiente fuerza para mover la carga y superar cualquier fricción o resistencia en el sistema. Esto puede implicar calcular la fuerza requerida basada en la carga y la aceleración o desaceleración deseada.
5. Precisión: El actuador debe ser lo suficientemente preciso como para cumplir con los requisitos de la aplicación. Esto puede implicar considerar factores como la precisión, la repetibilidad y la reacción violenta.
6. Factores ambientales: El actuador debe poder operar en el entorno previsto, teniendo en cuenta factores como la temperatura, la humedad y la exposición al polvo u otros contaminantes.
7. Fuente de alimentación: El actuador debe ser compatible con la fuente de alimentación disponible y los requisitos de voltaje de la aplicación.
8. Ruido: El actuador debe funcionar a un nivel de ruido que sea aceptable para la aplicación.
9. Opciones de control: Considere las opciones de control disponibles, como controles manuales, controladores programables y sensores, y elija la que mejor satisfaga las necesidades de la aplicación.

Al considerar cuidadosamente estos factores, es posible seleccionar un actuador lineal eléctrico que cumpla con los requisitos específicos de la aplicación, asegurando un rendimiento y confiabilidad óptimos.

El golpe de un actuador también se puede llamar la extensión. Esta es la distancia de la cual la barra se moverá y se extenderá dentro y fuera. Por lo general, estos se miden en pulgadas y pueden variar de un trazo de 1 "(pulgada) a un trazo de alrededor de 40". No es normal tener actuadores con un golpe de más de 40 "a 50" debido a las limitaciones mecánicas del tornillo de plomo dentro del actuador que proporciona la fuerza de empuje y tracción.

La velocidad del actuador está directamente relacionada con la relación de transmisión dentro de él. Una relación alta en marcha ralentizará la velocidad de la barra que se extiende dentro y fuera del actuador, pero también aumenta la fuerza dramáticamente. Los actuadores van desde fuerzas tan bajas como unas pocas libras hasta unos pocos miles de libras. Otra forma de obtener más velocidad y fuerza es hacer que el motor sea más grande. Entonces, si tiene un motor DC de gran diámetro, puede girar más rápido y dar más fuerza. Por lo tanto, también es notable que el tamaño también se cotle con velocidad y fuerza también, solo para complicar aún más las cosas.

Al igual que el Paso 2, en este paso, debe pensar con qué velocidad puede vivir si necesita un actuador de alta fuerza. La fuerza más alta significará una velocidad más lenta y viceversa. Al considerar los requisitos de la fuerza para seleccionar el actuador ideal, se deben tener en cuenta varios factores, que incluyen:

1. Peso de carga: el peso de la carga que el actuador se moverá es un factor clave para determinar la fuerza requerida. El actuador debe poder generar suficiente fuerza para superar el peso de la carga, así como cualquier fricción o resistencia en el sistema.
2. Aceleración y desaceleración: la fuerza requerida también dependerá de las tasas de aceleración y desaceleración necesarias para la aplicación. Si la carga debe moverse rápidamente, se puede requerir una fuerza más alta para lograr la aceleración deseada.
3. Distancia y velocidad: los requisitos de la fuerza también se verán afectados por la distancia que el actuador necesita viajar y la velocidad a la que necesita moverse. Una longitud de carrera más larga o una velocidad más rápida requerirá más fuerza.
4. Inercia: la inercia de la carga y el actuador en sí también puede afectar los requisitos de la fuerza. Si la carga tiene alta inercia, puede ser necesaria una fuerza más alta para que se mueva, mientras que una fuerza más baja puede ser suficiente para mantener su movimiento una vez que se mueve.
5. Fricción y resistencia: la fricción y la resistencia en el sistema pueden aumentar los requisitos de la fuerza, ya que el actuador deberá generar suficiente fuerza para superar estos factores además de mover la carga.
6. Factores de seguridad: también es importante considerar cualquier factor de seguridad al determinar los requisitos de la fuerza. Puede ser necesaria una fuerza más alta para garantizar que la carga se mueva de manera segura y segura, sin ningún riesgo de daño o lesión.

Al tener en cuenta estos factores, es posible seleccionar un actuador con las capacidades de fuerza apropiadas para la aplicación específica, asegurando un rendimiento y confiabilidad óptimos.

La calificación IP es el nivel de protección del clima que tiene un actuador. Una calificación IP más alta significa que el actuador puede soportar entornos más duros, como la lluvia y las temperaturas. Una alta calificación IP de 66 se considera un muy buen tipo de actuador de aplicación meteorológica. Sin embargo, para el uso en interiores, una calificación IP de 42 es adecuada. Al considerar los requisitos de IP (protección de ingreso) para seleccionar el actuador ideal, se deben tener en cuenta varios factores, incluidas ::

1. Entorno: el entorno en el que se utilizará el actuador es un factor clave para determinar la calificación IP requerida. Considere factores como la temperatura, la humedad, el polvo y la exposición al agua.
2. Ubicación: La ubicación del actuador dentro del sistema también puede afectar los requisitos de IP. Si el actuador se encuentra en un área de alto riesgo, como cerca de una fuente de agua o en un área con altos niveles de polvo, se puede requerir una calificación IP más alta.
3. Requisitos reglamentarios: los requisitos reglamentarios también pueden dictar la calificación mínima de IP requerida para la aplicación. Asegúrese de verificar las regulaciones o estándares relevantes para garantizar el cumplimiento.
4. La vida útil esperada: la vida útil esperada del actuador también puede ser un factor para determinar la calificación IP requerida. Si se espera que el actuador esté en servicio durante un largo período de tiempo, puede ser necesaria una calificación IP más alta para garantizar la durabilidad y la longevidad.
5. Requisitos de mantenimiento: considere los requisitos de mantenimiento para el actuador y cómo la calificación de IP puede afectar los procedimientos de mantenimiento. Por ejemplo, una calificación IP más alta puede dificultar el acceso y los componentes de servicio dentro del actuador.

Al considerar estos factores, es posible seleccionar un actuador con la calificación IP apropiada para la aplicación específica, asegurando que el actuador opere de manera confiable y segura en el entorno previsto.

Así que ahora tienes el actuador, pero ¿cómo lo montas? Todos los actuadores vienen con lo que se llama una horca en cada uno y de la unidad. Aquí es donde conectas el actuador a algún tipo de soporte. Para nuestros actuadores, cada actuador tiene un cierto tamaño de soporte que se ajusta a ambos extremos. Algunos actuadores tienen paréntesis especiales para encajar sobre el cuerpo del actuador, pero estos pueden tener efectos de movimiento restrictivos en el actuador durante el movimiento. 

Hay otros factores en los que debe pensar al seleccionar el actuador ideal. El voltaje, por ejemplo, puede ser importante. Por lo general, los actuadores vienen en 12 o 24 VDC como estándar. ¿Qué tal el control de retroalimentación? Si necesita un control posicional del actuador, entonces es posible que necesite un actuador que tenga algún nivel de retroalimentación como un sensor de pasillo, un sensor óptico o incluso un potenciómetro integrado en el actuador. Todos estos dispositivos proporcionan una señal de retroalimentación para que un controlador conozca su posición en cualquier momento. Esto es necesario para aplicaciones donde necesita un control más que un simple control de extremo a extremo. Hemos escrito otra publicación de blog dedicada solo a este tema de actuadores de comentarios aquí.

Hay muchas formas de conectar el actuador, y esto dependerá del tipo de control que tenga o necesita. Un simple control de interruptor de balancín es, con mucho, la forma más fácil de conectar uno, pero también es posible que desee un control remoto como otra forma de control. Para el control posicional, es posible que necesite una conexión más detallada. Por lo general, la mayoría de los actuadores eléctricos, ofrecen una configuración de 2 cables para conectarse a la alimentación o un interruptor. +/- voltaje son los cables que conducen desde el actuador, e invertir esos cables a la fuente de energía es lo que hace que el actuador cambie la dirección. Este proceso se llama "Revertir la polaridad". Un interruptor de balancín hace eso por ti dentro del interruptor.

El tipo más común de actuador es un sistema de 2 cables. Simplemente conectar estos cables directamente a una fuente de alimentación (generalmente 12 VCC) hará que el actuador se mueva, y la inversión de los cables hará que el actuador se mueva en la dirección opuesta. Un interruptor de balancín es lo que hace esto para usted, así que conecte los 2 cables desde el actuador al interruptor y conecte los 2 cables desde la fuente de alimentación al interruptor y haya terminado. Todos nuestros interruptores tienen los diagramas de cableado en cada página del producto para que esto sea simple

Otros tipos

Neumático

Estos tipos de actuadores usan gas o aire presurizado en un cilindro creado por una alta presión bomba Para mover un pistón para crear un movimiento lineal. Al igual que los actuadores hidráulicos, el diseño de un actuador lineal neumático ha existido durante mucho tiempo. Se utiliza un compresor de aire para presurizar el aire o el gas inerte en un tanque, y se usa aire de alta presión para hacer que el pistón del actuador se deslice dentro y fuera. Una vez que el pistón en el actuador ha llegado al final del viaje, se mueve un interruptor de válvula para abrir la válvula al otro extremo del actuador donde nuevamente el aire de alta presión luego empuja el pistón en el actuador en la otra dirección. 

Los beneficios del uso de neumáticos son:

1. La alta velocidad es posible y está controlada por la válvula de presión y la capacidad volumétrica del sistema.
2. Se pueden lograr fuerzas bastante altas.
3. Se emite poco sonido aparte de la bomba presurizando el tanque.
4. Son posibles golpes muy largos.
5. Confiabilidad y durabilidad del ciclo extremadamente alta.
6. Los actuadores pueden ser muy pequeños y compactos, ya que son bastante simples en la construcción. 

Los inconvenientes del neumático son:

1. Se requiere equipo adicional, como un tanque y una bomba de alta presión.
2. No se puede permitir que todo el sistema se filtre si el sistema falla.
3. El aire es un gas compresible, lo que significa que cuando un actuador neumático está moviendo una fuerza alta, siempre hay un retraso porque el gas/aire se comprimirá naturalmente antes de mover el pistón dentro del actuador. Esto significa que habrá un retraso en el sistema. Los actuadores hidráulicos no tienen este problema.
4. Se puede lograr un control de posición muy bajo. Mire el video a continuación donde usamos LEGO para demostrar la falta de control en comparación con un actuador mecánico, y use un DTI (indicador de prueba de marcación) para mostrar la diferencia

¿Dónde se usan?

Se usan donde se requiere movimiento de alta velocidad, más de 30 pulgadas por segundo. Una vez instalados, son difíciles de moverse de un lugar a otro, ya que requieren mucho tiempo de instalación. Estos actuadores se encuentran en las líneas de ensamblaje de las fábricas de fabricación, ya que son ideales para realizar millones de ciclos sin mantenimiento, y pueden moverse muy rápidamente. 

Hidráulico

Los actuadores hidráulicos operan exactamente de la misma manera que los actuadores neumáticos, excepto en lugar de usar aire o gas de alta presión, usan un líquido no compresible llamado fluido hidráulico. Debido a que el fluido no es compresible, tiene una gran ventaja sobre la neumática, estos sistemas son capaces de inmensas fuerzas. Es por eso que los ve usados ​​exclusivamente en equipos de construcción de servicio pesado como excavadores, camiones volquete, camiones de montacargas, tractores, etc.

¿Cómo funcionan?

Los actuadores hidráulicos usan fluido de alta presión para empujar un pistón hacia atrás y hacia adelante donde se realiza la conmutación a través de interruptores de válvula. TEstos sistemas requieren bombas de alta presión, válvulas y tuberías de alta presión, y un tanque para mantener el fluido hidráulico. Por lo tanto, si tiene mucho espacio y dinero y requiere un muy Una gran cantidad de fuerza, la hidráulica podría ser el camino a seguir.

Los beneficios del uso de actuadores hidráulicos son:

1. La velocidad moderada es posible y está controlada por la velocidad de la bomba.
2. Se pueden lograr fuerzas extremadamente altas. 
3. Son posibles golpes muy largos.
4. Confiabilidad y durabilidad del ciclo extremadamente alta.
5. Los actuadores pueden ser muy pequeños y compactos, ya que son bastante simples en la construcción. 

Los inconvenientes son:

1. Control. Los actuadores hidráulicos tienen muy poco control de precisión.
2. Se requiere fluido hidráulico para que el sistema funcione, y el fluido es muy tóxico. Si el sistema falla, podría filtrarse.
3. Cuando la bomba hidráulica está funcionando, puede ser muy ruidoso, y cuanto mayor sea la fuerza requerida, más fuerte es el ruido.
4. El fluido hidráulico se basa en la viscosidad predecible, por lo que no fluye suavemente a través de tuberías y válvulas, etc. Esto requiere energía adicional para empujar el fluido a alta presión a través de tuberías y accesorios. Como resultado, los sistemas hidráulicos son muy ineficientes para operar y usar, especialmente en climas variables.
5. Precio. Estos sistemas son caros de comprar e instalar. 

Giratorio

Otro tipo de actuador es un actuador rotativo, que funciona principalmente utilizando una fuente de alimentación eléctrica con movimiento rotacional limitado o movimiento rotacional continuo, dependiendo de las necesidades de la aplicación. Una ventaja importante de los actuadores rotativos es que se ejecutan a velocidades más bajas, pero produce valores de torque más altos de manera efectiva, lo que los hace ideales para su uso en robótica y otras aplicaciones de automatización industrial, así como electrónica de grado de consumo que exige sistemas de alto torque para ciclos de operación consistentes. El motor giratorio genera este par mientras los engranajes se aceleran por la rotación del eje de transmisión, creando movimientos circulares suaves sin interrupciones. Para una consistencia de rendimiento óptima durante la operación, el actuador utiliza un sensor para detectar sus mediciones de posición típicamente en forma de sensor o codificador de salas, enviando así las señales al cerebro para su legibilidad. Además, para las preocupaciones del espacio, estos actuadores eficientes vienen con una notable capacidad de tamaño pequeño para el usuario; por lo tanto, permite que se usen incluso en áreas de espacios confinados.

El principio:

El movimiento producido por este tipo de actuadores puede ser rotación continua, como se ve en un motor eléctrico, o el movimiento podría ser una rotación angular fija. Con un actuador giratorio que está controlado neumáticamente o hidráulicamente, es más probable que sean un tipo de rotación angular fija, esto se debe a que el bastidor o el pistón que gira el eje principal solo puede moverse hasta ahora, por lo que el movimiento de rotación está restringido por la carrera lineal disponible . Si se requiere más rotación, el pistón necesitaría deslizarse aún más, y se usa una relación de marcha diferente para traducir el movimiento. 

Servo rotativo

Existe otra categoría de actuador rotativo, a saber, el motor de servomotor y el motor paso a paso. Estos actuadores se controlan mediante electricidad. Proporcionando así un movimiento de rotación continuo al tiempo que ofrece simultáneamente una precisión notable en términos de control de rotación.

Estos tipos de actuadores se usan comúnmente en robótica y electrónica de consumo donde el movimiento de rotación y el par son producidos por un motor rotativo. La velocidad se reduce y aumenta el par de un sistema de engranajes para crear el movimiento rotativo. Para obtener un control preciso, el actuador tendrá un sensor que mide la posición. Esto suele ser en forma de sensor o codificador de salón que envía una señal al "cerebro" para traducirse en una posición. Una gran característica de los servomotores es que pueden hacerse muy pequeños y usarse en lugares muy ajustados. 

Resumen

Los actuadores vienen en muchos tipos diferentes, desde rotativos hasta lineales, hidráulicos y neumáticos, solenoides y electromecánicos. Cada tipo tiene una aplicación ideal. Grandes actuadores rotativos industriales que son impulsados ​​hidráulicamente son excelentes para abrir enormes válvulas de tubería de aceite, y micro-actuadores Puede ser alimentado por pequeñas fuentes de energía de 12V con gran precisión y precisión para la robótica y las pequeñas aplicaciones. Para obtener más detalles sobre los actuadores, hemos escrito un documento blanco que entra en un poco más de profundidad en el mundo de los actuadores. Lea ese artículo aquí. 

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