Как работает актуатор?

Что такое актуатор в машине и для чего он нужен

Актуатор турбины – это устройство, которое открывает или закрывает клапан сброса давления выхлопных газов или регулирует положение лопаток в турбокомпрессорах с изменяемой геометрией. Оно бывает пневматическое или электронное, то есть, управляется воздухом или электроникой.

Его назначение – регулировать производительность турбокомпрессора. Делается это разными способами, в зависимости от типа турбины. В простых типах – открывается или закрывается байпас вестгейта и травится давление помимо крыльчатки горячей части. То есть, выхлопные газы проходят не через рабочее колесо, а вылетают мимо его в выхлопной коллектор.

В турбонагнетателях с изменяемой геометрией, актуатор регулирует положение лопаток той самой геометрии. При определенных режимах работы двигателя, он поворачивает лопатки в нужном направлении. Тем самым, изменяется направление движения выхлопных газов относительно лопастей турбоколеса. Это меняет производительность турбоагрегата.

Вывод. Актуатор в турбине является важным элементом. При его неисправности турбокомпрессор не работает должным образом: наблюдается передув или недодув воздуха. Двигатель теряет мощность, увеличивается расход топлива. Простыми словами – мотор из турбированного превращается в атмосферный.

Типы и виды актуаторов

Актуатор – это исполнительный механизм привода замка. Любой подобный механизм заключён в пластиковый корпус, а внутри него установлен электродвигатель. Двигатель снабжён двумя контактами, провода от которых выведены наружу.

Актуатор замка двери (двухпроводной)

Два силовых провода иногда дополнены двумя или тремя сигнальными шнурами, которые подключены к микропереключателям. Модуль, оснащённый такими опциями, обычно реализован по следующей схеме:

Актуатор замка водительской двери

Сигнальных проводов может быть и 4-5, но суть здесь другая: эти кабели будут замкнуты, когда привод переведён в одно из фиксированных положений. А этих положений обычно два: полностью открыто, заперто.

Важно понять логику работы микрика: пока тяга не задвинута полностью, тумблер остаётся в положении «открыто». И наоборот: другое положение тумблер займёт, если стержень выдавлен до конца. Проще представить себе, что переключение происходит уже после остановки стержня. Больше тут добавить нечего.

Подключение микрика, встроенного в актуатор, предусмотрено лишь в некоторых моделях сигналок. И для всех дверей, кроме водительской, подходят двухпроводные приводы (без микропереключателей).

Стандартный набор для седана

В любом случае один 5-проводной актуатор лучше купить. Кстати, сопротивление каждого двигателя равно 5-ти Омам (рассчитайте суммарную силу тока). Удачной покупки!

Предназначение актуатора в автомобиле

В общем случае актуаторами принято считать электромеханическое устройство, содержащее в себе некоторый набор базовых узлов, нужных для выполнения преобразования электросигнала в физическое перемещение с определённым усилием:

• исполнительный электродвигатель, компактный, но мощный благодаря значительной частоте вращения;
• понижающий редуктор, большие обороты ротора электромотора непригодны для непосредственного выполнения задачи, скорость перемещения уменьшается во много раз, при этом во столько же увеличивается развиваемое усилие;
• потенциометр обратной связи, через него электроника узнаёт, в какое угловое положение встал выходной сектор актуатора;
• корпус с креплениями, электрический разъём.

Получается некое относительно универсальное устройство, в зависимости от силовых характеристик способное решать задачи управления узлами автомобиля, например, автоматическим сцеплением, клапаном вестгейта агрегата турбонаддува или простейшим дверным замком.

Центральный замок двери

Типичное применение актуатора, известное большинству автовладельцев – это электропривод замка двери. Для организации системы центрального замка необходимо сформировать сигнал при открывании или закрывании одной из дверей и передать его на остальные.

А когда такая система уже имеется, то можно полностью устранить из неё механический ключ и выполнить её полностью электронной.

Из механики останутся только преобразователи с электромоторами и редукторами, которые, получив сигнал, приложат усилие к тяге замка.

Сцепление

Гораздо более мощная конструкция выполняет практически подобные задачи в механизме управления автоматическим сцеплением.

Такие коробки передач в среде автомобилистов называются роботами, третья педаль при этом у водителя отсутствует.

В нужный момент электронный блок управления коробкой формирует сигнал на выжим сцепления (или наоборот, на замыкание в случае с нормально выключенным сцеплением), который надо реализовать, приложив значительную силу к выжимному подшипнику через вилку. Этим тоже занимается соответствующий актуатор.

Турбина

Агрегат турбонаддува имеет избыточную мощность для обеспечения двигателя воздухом при максимальной нагрузке. В

большинстве случаев большое давление наддува не требуется, но турбина будет исправно его создавать, особенно если расход воздуха мал.

Чтобы избежать такой ситуации, именуемой «передувом», используются два способа – перепуск выхлопных газов мимо горячей крыльчатки (вестгейт), или изменение геометрии турбины с горячей стороны.

В любом случае для этого имеется некоторая тяга, на которую надо контролируемо воздействовать в диапазоне заданного перемещения.

Ранее этим занимались пневматические или гидравлические устройства, сейчас всё сводится к установке актуатора турбины. С его помощью компьютер управления двигателем всегда может обеспечить строго нужную величину давления, отдавая требуемую мощность и не допуская перегрузок.

Подключение и настройка сигнализации

Основной блок сигналки должен содержать два реле. Одно из них замыкается, когда замки нужно открыть, второе предназначено для отпирания. Замыкание контактов происходит так: на 0,8 с. обмотку подключают к питанию, затем отключают. И за этот период актуаторы срабатывают. Для данного случая, есть базовая схема.

Схема для Mongoose 3D

Обращаем внимание на то, как должен вести себя микропереключатель:

1. Когда «заперто» полностью, массы на проводе нет;
2. Во всех остальных случаях, шнур должен быть подключен к массе.

Будем говорить об актуаторе, снабжённом 5-ю проводами. Подключение реализуют так: нужно вызвонить сигнальные провода, а затем, к массе подключают один шнур. Второй остаётся свободным, а общий контакт соединяют с проводом, который идёт к сигналке (на схеме он «серый»).

Актуатор с микропереключателем, устройство

Можно ничего не вызванивать, а просто разобрать актуатор. Если не жалко, конечно.

Важно знать: в автомобиле любые монтажные работы проводят только с отключенной клеммой АКБ (речь идёт о «минусовой» клемме).

Силовые провода соединяют скруткой, а точки соединений изолируют. Двигатели актуаторов включают «в параллель». А кто решит исключить предохранитель, пусть пеняет на себя. Кстати, монтаж силовых кабелей лучше поручить опытному электрику.

Программирование основного блока, проверка

Подключили мы всё правильно, а запрограммировать сигналку забыли. Открыв инструкцию, видим, что серый кабель идёт к программируемому входу, а по умолчанию он работает в режиме «концевика». Очевидно, вход нужно переключить в другой режим, и такой вариант в инструкции рассмотрен:

Скриншот руководства Mongoose 3D

Нам нужна опция «2-3», которую мы переведём в значение «2». Длительность управляющего импульса (опция «1-2») пусть останется в значении «0,6».

Выполнив всё, как указано выше, можно будет наблюдать следующий эффект: сигналка выполняет функции ЦЗ. Нажав на собачку водительской двери, мы запираем все замки. Что нам и требовалось. А без перепрограммирования основного блока вряд ли что-то получилось бы.

Подача питающего напряжения на 2 секунды или больше выводит актуаторы из строя.

Важно помнить: длительность управляющих импульсов нельзя делать слишком большой. Сложно понять, зачем разработчики установили значение, равное 4-м секундам. И хотя по умолчанию оно не используется, ошибиться с программированием возможность есть. Будьте внимательны!

Актуатор сцепления

Роботизированные трансмиссии на сегодняшний день устанавливают даже на бюджетные автомобили (Тойота, Пежо, Ситроен, Сузуки и прочие, чьи владельцы зачастую и сталкиваются с проблемами в их работе). В состав системы входит много деталей, одними из которых являются актуатор переключения передач и актуатор сцепления. Они позволяют переключать передачи в автоматическом режиме

Описание работы

Актуатор сцепления — электромеханическое устройство, выполняющее работу по сжатию пружины выжимного диска сцепления. Оно работает в соответствии с командами, поступающими от блока управления трансмиссией. Корпус актуатора состоит из двух половинок. Внутри установлен вал с червячной шестерней. В процессе работы на него действуют три силы — сила в червячном зацеплении, сила компенсационной пружины, а также сила, исходящая от корзины сцепления.

Актуатор сцепления в разрезе

При поступлении сигнала от блока управления происходит перемещение вала, который через рабочий механизм приводит в движение корзину сцепления. Однако, как показывает практика, именно актуатор сцепления чаще других деталей в системе автоматической трансмиссии выходит из строя, лишая автовладельца возможности использовать машину.

Причины выхода из строя актуатора

Наиболее частая причина поломки — выход из строя втулок, которые установлены на оси червячной шестерни актуатора. Они обеспечивают вращение шестерни при выжиме корзины сцепления. Чтобы уменьшить трение, производители наносят на втулки тефлоновое покрытие. Однако ресурс работы втулок достаточно мал, и составляет около 100 тысяч километров пробега. После этого вероятность выхода актуатора из строя значительно возрастает. Дело в том, что в процессе эксплуатации без тефлонового покрытия силы трения возрастают настолько, что актуатор попросту перестает функционировать.

При перемещении шестерни актуатора компенсационная пружина сжимается, оказывая большое усилие на вал и втулки. Это значение составляет 100…150 кг на каждую втулку в зависимости от модели используемого механизма. Учитывая небольшой диаметр втулки, становится понятным, почему они со временем выходят из строя.

Кроме этого, вал актуатора поворачивается на незначительный угол. Поэтому смазка не передается на контактные линии взаимодействия вала со втулкой, из-за чего шарнир работает на сухую.

Методы восстановления работоспособности актуатора сцепления

Самым распространенным и доступными методом ремонта является замена заводских втулок, которые пришли в негодность на точеные бронзовые или латунные втулки.

Подшипники для замены

Другой вариант — покупка втулок китайского производства, подобных оригинальным. Однако так лучше не поступать, поскольку их качество далеко от идеала, и не позволяет им долго функционировать в актуаторе. Ремонт подразумевает замену выточенных втулок, а также устранения выработки на валу актуатора сцепления. Это делается с тем, чтобы добиться плавного и ровного скольжения между упомянутыми деталями.

Однако наилучшим методом ремонта актуатора является замена втулок на шариковые подшипники. Они обеспечивают необходимую твердость, плавность качения, а также имеют свою собственную смазку, которая постоянно находится в их корпусе. При замене втулок на подшипники потребляемый актуатором рабочий ток снижается более чем в 2 раза.

Ремонт актуатора сцепления

Актуатор турбины

Несмотря на куда более ответственные функции, устройство перемещения заслонки вестгейта или изменения геометрии крыльчаток выполнено примерно на том же уровне надёжности.

Имеется электромотор, редуктор, датчик обратной связи. Корпус значительно мощнее, что связано с напряжённым тепловым режимом.

Часто выходит из строя система наружных тяг с наконечниками от актуатора к заслонкам. Это проверяется по наличию нештатного люфта в этих открытых соединениях.

Отказывают сервоприводы, где изнашиваются моторы, редукторы и потенциометры. Возможность ремонта сильно зависит от доступности запчастей. Долго проработавший прибор разумнее заменить в сборе.

Для проверки используется сканер с дилерской программой или её аналогом. Запускается тест соответствующего исполнительного устройства.

Адекватность реакций контролируется визуально, по точности и плавности перемещения тяги, или по датчикам через сканер. Регулировка давления должна происходить в штатном диапазоне.

Когда вестгейты имели пневмопривод, их было достаточно сложно регулировать, но сейчас работа актуатора контролируется ЭБУ через обратную связь по датчикам. Поэтому лишь в отдельных случаях может потребоваться регулировка начального положения тяги после замены устройства

Линейные актуаторы — основные положения, как работает линейный актуатор

Эта обзорная статья дает общие представления о принципах работы линейных актуаторов и рассчитана на тех, кто только начинает работу с ними. Если Вы относитесь именно к этой категории читателей, мы надеемся, что статья даст Вам необходимую информацию и поможет в выборе подходящего актуатора для решения поставленной задачи.

Датчики для актуаторов

Датчики для актуаторов

Датчиками называют устройства, создающие полезный измерительный сигнал на основе отслеживаемого физического процесса. Чаще всего этим процессом является линейное перемещение актуатора, то есть датчик отслеживает положение подвижного элемента – штока или каретки. Датчик линейного перемещения может непрерывно передавать информацию в систему управления или срабатывать в определенных положениях. Таким образом, обеспечивается контроль над актуатором при его работе, то есть, во время выполнения производственных процессов и решения других задач. Использование актуаторов с датчиками позволяет добиться точного и эффективного управления и полностью раскрыть преимущества актуатора как электропривода.

Далее рассмотрим основные типы датчиков для актуаторов.

Концевые выключатели, концевые датчики

Это регулируемые механические датчики, размыкающие или замыкающие электрическую цепь в определенном положении актуатора. Нормально разомкнутый датчик при срабатывании замыкает цепь, и по ней может протекать ток, а нормально замкнутый – размыкает, и ток не протекает. Они могут устанавливаться как на линейно перемещающемся, так и на вращающемся элементе. Регулировка концевых выключателей позволяет ограничить длину хода актуатора с обеих сторон до требуемого диапазона.

Бесконтактный полупроводниковый магнитный датчик, позволяющий отслеживать относительное положение актуатора. Уровень его выходного сигнала зависит от изменения магнитного поля между неподвижным датчиком и подвижной пластиной при их перемещении друг относительно друга. С помощью датчика Холла можно реализовать обратную связь по положению и тем самым обеспечить гибкость управления актуатором.

Потенциометр представляет собой переменный резистор, сопротивление которого зависит от углового или линейного сдвига между подвижным и неподвижным элементами. Неподвижный контакт закреплен с одного конца резистивной катушки или пластины, а подвижный (щетка) перемещается по ней. К потенциометру прикладывается опорное напряжение и при изменении его сопротивления меняется сила тока, являющаяся измерительным сигналом. Потенциометр – аналоговый датчик, значение сопротивления которого однозначно зависит от перемещения и уникально в каждом положении.

Геркон (герметичный контакт)

Бесконтактный электромеханический магнитный датчик. Внутри герметично запаянного стеклянного корпуса геркона находятся язычковые контакты, замыкающиеся при поднесении магнита. Геркон прост, долговечен, бесшумен, но хрупок и имеет умеренное быстродействие.

Датчики доступны для большинства наших актуаторов, для каждой конкретной модели они указаны в списке опций. Обращайтесь к нашим опытным специалистам, они обладают глубокими и обширными знаниями в области линейных приводов и смогут дать необходимые рекомендации по выбору датчиков.

Как подобрать линейный актуатр

Чтобы выбрать подходящий линейный актуатор, необходимо определиться с основными требованиями системы:

• скорость перемещения (м/с, мм/мин, см/мин, мм/с и т.п.)
• усилие перемещения (толкания/втягивания) (Н, кгс)
• длина хода (мм, см, м)
• предпочитаемое напряжение питания (12В, 24В, 220В)
• продольное или поперечное расположение двигателя

Как сделать шустрый линейный привод из мотор-редуктора и старого дисковода

Для управления различными агрегатами в игрушечных машинах необходим линейный исполнительный механизм (привод, актуатор). К примеру, чтобы управлять стрелой ковша на экскаваторе, нужно некое подобие гидравлического цилиндра, работающего от низковольтного напряжения.

Сделать такой линейный привод, к тому же очень быстрый и шустрый, можно из старого компьютерного, двух с половиной дюймового дисковода. Там имеется червячная передача с широким шагом резьбы.

Смотрите видео

Электрический линейный привод: как сделать актуатор своими руками

Линейные приводы используются во всех современных крутых девайсах: 3Д-принтеры, лазерные резчики, ЧПУ. Одним из основных факторов, влияющих на стоимость линейных актуаторов, является линейная направляющая, которая состоит из компонентов, которые поддерживают прямой ход управляемой части устройства (например, набор точных стержней и линейных подшипников).

Цены на компоненты направляющих могут варьироваться от десятков до тысяч долларов в зависимости от их размера и точности. Один из способов обойти высокую стоимость этих компонентов — заменить их механизмом, который преобразует вращательное движение в прямолинейное. Механизм Саррюса, изобретенный в 1853 году Пьером Фредериком Саррюсом, как раз является одним из таких механизмов, которые могут обеспечить идеально ровное линейное движение, и для которых не нужны какие-либо справочные руководства.

В этом проекте для создания недорогого механизма Саррюса используются простые пластины, напечатанные на 3Д принтере или вырезанные лазером, а также пластиковые «живые» петли. Затем, чтобы заставить их двигаться, к ним добавляется шаговый двигатель NEMA 17 и резьбовой стержень. Длина хода привода в этом проекте составляет приблизительно 254 мм, но бОльшая или меньшая версия может быть выполнена путем простого изменения длины соединительных пластин.

Шаг 1: Материалы и приспособления

• Связующая пластина (4 штуки, напечатанные на 3Д-принтере или вырезанные лазером в Шаге 2)
• Пластина двигателя (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
• Пластина привода (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
• Пластиковые петли (6 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 1637A713)
• Винты с плоской головкой, резьба 6-32 x 9,5 мм длиной (24 штуки)
• Пресс-гайка, резьба 6-32 (1 упаковка из 25 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 94674A515)
• Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 12 мм длиной (2 штуки)
• Шестигранные гайки, M3x0.5 (2 штуки)
• Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 10 мм длиной (4 штуки)
• Муфта вала, 5 х 8 мм (1 штука)
• Шаговый мотор NEMA 17 с монтажными отверстиями с резьбой M3x0.5 (1 штука)
• Гайка Акме M8 (1 штука)
• Стержень с резьбой Акме M8, 300 мм длиной (1 штука)

• Набор шестигранных ключей
• Отвертка
• Плоскогубцы

Шаг 2: Печатаем или вырезаем связующие

Используя прикреплённые файлы, напечатайте на 3Д-принтере, либо вырежьте на лазерном резчике следующие части:

• Связующая пластина (4 штуки)
• Пластина двигателя (1 штука)
• Пластина привода (1 штука)

Свои части я напечатал серым пластиком ABS. Если вы вырежете части лазером, то толщина их должна составить около 6.35 мм. В качестве материала подойдёт дерево, акрил, МДФ или любой другой схожий материал.

Я прикрепляю файлы формата STEP для тех из вас, кто хочет внести в проект свои изменения. Если вы планируете использовать этот электрический привод в реальной машине, вам, вероятно, потребуется добавить свои монтажные отверстия и/или увеличить/уменьшить длину соединительных пластин в соответствии с вашими нуждами.

Шаг 3: Вставляем пресс-шайбы

Вставьте шайбы в связующие, пластину двигателя и привода. Обратите внимание на ориентацию пластин двигателя и привода.

Шаг 4: Установите на связующие пластины петли 

Установите петли согласно фотографиям и прочно закрепите их четырьмя винтами с плоской головкой. Не сорвите резьбу слишком большим давлением.

Повторите процедуру и соедините петлёй две оставшиеся связующие пластины. У вас должно получиться два набора соединённых пластин.

Шаг 5: Установите петли на двигатель 

Расположите пластину двигателя и два набора связующих как показано на фото. Установите две петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 6: Установите петли привода

Расположите пластину привода и связующие пластины как показано на фото. Установите две пластиковые петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 7: Устанавливаем гайку Акме

Вставьте два винта с выемкой под шестигранник M3 x 12 мм сквозь связующее привода, как показано на картинке. Опустите на них гайку Акме. Закрутите две шестигранных гайки M3 поверх винтов. Переверните пластину привода. Затяните винты, удерживая гайки плоскогубцами и поворачивая винты подходящим шестигранным ключом.

Шаг 8: Прикрепите шаговый двигатель

На связующее двигателя при помощи четырёх винтов с выемкой под шестигранник M3 x 10 прикрепите шаговый двигатель.

Шаг 9: Прикрепляем муфту вала

Оденьте на вал двигателя 5-миллиметровую муфту вала, затяните винты шестигранным ключом.

Шаг 10: Установите стержень с резьбой Акме

Вкрутите стержень в гайку Акме примерно наполовину. Согните механизм Саррюса таким образом, чтобы вы смогли продеть стержень с резьбой в муфту вала. Затяните винты на муфте вала подходящим шестигранным ключом.

Шаг 11: Запустите механизм

Сборка линейного электропривода своими руками подошла к концу! Теперь осталось лишь подключить шаговый двигатель к контроллеру, и механизм придёт в движение.