Линейные актуаторы: руководство по использованию

Линейные актуаторы предназначены для совершения линейно поступательных движений: поднимать и опускать, открывать и закрывать, толкать и втягивать, извлекать и вставлять. Например линейный привод сможет открывать/закрывать гаражные ворота, управлять окнами и дверьми в умном доме или же поднимать и опускать багажник вашего DIY-авто.

Список моделей

Общие сведения

Линейный актуатор (привод) – это устройство, которое преобразует электрическую энергию в линейное перемещение выходного штока.

Актуатор состоит из двигателя, редуктора и механического винтового привода с выходным штоком. При подаче питания → вращается вал двигателя → вращается редуктор → вращается ходовой винт → поступает линейное перемещение штока. При смены полярности — шток начнет перемещается в противоположную сторону. При снятии питания — процесс останавливается.

Конструкция актуатора

Мотор

Мотор (двигатель) — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. При подключении питания выходной вал двигателя начинает вращаться в одну сторону, при смене полярности — выходной вал двигателя меняет направления вращения в противоположную сторону.

Редуктор

Выходной вал мотора соединён с группой металлических шестеренок, которые пропорционально позволяют увеличить крутящий момент, но при этом снизить скорость вращения вала. В итоге, чем больше передаточное число, тем больше крутящий момент и соответственно меньше скорость вращения выходного вала из редуктора. Всё аналогично коробке передач в автомобиле.

Механический привод

Продолжением вала редуктора является механический привод, который выполнен по конструкции винт-гайка или правильнее сказать винтовая передача, где гайка установлена на винтовую направляющую ось и неподвижно соединена со штоком. При работе двигателя, гайка перемещается по резьбе вдоль всего винта, соответственно перемещая шток актуатора.

Шток

Шток — выходная часть линейного актуатора. Шток выдвигается или втягивается, перемещаясь по направляющей. Направление перемещения задается направлением вращения двигателя.

Концевики

Для автоматической остановки штока в конечных положениях, в корпусе актуатора расположено два концевых выключателя: один датчик установлен для фиксации крайнее выдвинутого положения, а второй — для крайнее втянутого положения.

При достижении крайних положений, датчик срабатывает и питание двигателя выключается. Дальнейшее движение возможно только в противоположном направлении, т.е. при смене полярности питания для реверса двигателя.

Выходной кабель

На выходе актуатора расположен кабель с двумя проводами для подключения линейного привода к питанию или коммутирующему устройству. При подаче питания поступает линейное перемещение штока. При смены полярности — шток начнет перемещается в противоположную сторону. При снятии питания — процесс останавливается.

Корпус

Все конструктивные компоненты линейного привода изготовлены из алюминия, что обеспечивает легкость и прочность устройства. Линейные актуаторы соответствуют степени защиты IP54, что гарантирует работу в пыльной среде и допускает попадания воды. А это позволяет использовать модули не только в домашних, но и уличных условиях.

Характеристики актуатора

Актуаторы отличаются между собой длиной штока, осевым усилием, скоростью перемещения штока, рабочим циклом и напряжением. Характеристики на конкретно ваш привод, ищите в описании товара на интересующую модель устройства. А мы пока рассмотрим подробнее что это за данные и на что они влияют.

Длина штока

Длина штока — это расстояние на которое шток может выдвинутся относительно корпуса устройства. Самые ходовые модели с длиной штока от 50 до 500 мм.

Осевое усилие и скорость штока

• Осевое усилие — это максимальная нагрузка в ньютонах, которую шток актуатора способен перемещать.
• Скорость штока — это средняя скорость, с которой шток совершает линейное перемещение.

Осевое усилие и скорость движения штока взаимосвязаны между собой с помощью редуктора. Редуктор при неизменной мощности двигателя изменяет соотношение скорости его вращения и крутящего момента, что в итоге влияет на конечную скорость линейного перемещения и усилие на штоке актуатора. Чем больше передаточное отношение редуктора, тем больше усилие и меньше скорость.

Рабочий цикл

Рабочий цикл актуатора (коэффициент нагрузки) — это доля времени в процентах безостановочной работы актуатора от общей продолжительности полного цикла. Например, показатель рабочего цикла равный 10% означает, что актуатор способен непрерывно работать в течение 1 минуты из каждых 10 минут. Средний статистический рабочий цикл актуаторов варьируется от 10 до 25%.

Питание

Для штатного режима работы актуатора необходим источник питания напряжением 12 вольт с током не менее 2,5 А.

Примеры работы

Рассмотрим несколько примеров работы с линейными актуаторами.

Простой пульт

Работать с актуатором можно даже без микроконтроллера. Соберём простую схему, где трёхпозиционный тумблер сможет рулить линейным приводом.

Что понадобится

• 1× Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Трёхпозиционный переключатель (ON-OFF-ON)

Т.к. переключатель будет коммутировать силовые линии питания, то соответственно должен быть рассчитан на максимальный ток работы линейного привода, в нашем случае 2,5 А.

Схема устройства

Результат работы

В зависимости от положения переключателя актуатор совершает разные действия:

• В режиме ON1 → шток совершает линейное перемещение вперед.
• В режиме OFF → шток стоит на месте.
• В режиме ON2 → шток совершает линейное перемещение назад.

Автоматика на Arduino с драйвером мотора

Автоматизируем процесс, заставим линейный привод совершать движения по заданному алгоритму. На роль контроллера для работы с актуатором рассмотрим платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора — драйвер мотора.

Что понадобится

• 1× Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Arduino Uno
• 1× Trema Shield
• 1× Драйвер мотора (Trema-модуль)
• 1× Кабель USB (A — B)

Схема устройства

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

  // Назначаем пины драйвера мотора
  constexpr auto PIN_DRIVER_DIR = 5;
  constexpr auto PIN_DRIVER_SPEED = 6;
  
  void setup(){
    // Назначаем пины управления мотором в режим выхода
    pinMode(PIN_DRIVER_DIR, OUTPUT);
    pinMode(PIN_DRIVER_SPEED, OUTPUT);
  }
  
  void loop(){
    // Совершаем линейное перемещение штока актуатора вверх
    // При достижении максимума сработает концевик в актуаторе
    // и автоматика внутри актуатора отключит мотор самостоятельно
    digitalWrite(PIN_DRIVER_DIR, HIGH);
    digitalWrite(PIN_DRIVER_SPEED, HIGH);
    delay(7000);
    // Совершаем линейное перемещение штока актуатора вниз
    // При достижении минимума сработает концевик в актуаторе
    // и автоматика внутри актуатора отключит мотор самостоятельно
    digitalWrite(PIN_DRIVER_DIR, LOW);
    digitalWrite(PIN_DRIVER_SPEED, HIGH);
    delay(7000);
  }

Результат работы

После прошивки Arduino, шток линейного привода каждые 7 секунд буде перемещаться вверх или вниз.

Габаритный чертёж

Размеры линейных актуаторов отличаются между собой. Габариты на конкретно ваш модуль, читайте в описании товара на интересующую модель устройства.

Ресурсы

• Линейные приводы в магазине:
  • Линейный актуатор XDHA12-50 ( 900 Н / 12 В / 50 мм)
  • Линейный актуатор XDHA12-100 ( 900 Н / 12 В / 100 мм)
  • Линейный актуатор XDHA12-200 ( 900 Н / 12 В / 200 мм)
  • Линейный актуатор XDHA12-300 ( 900 Н / 12 В / 300 мм)
  • Линейный актуатор XDHA12-400 ( 900 Н / 12 В / 400 мм)
  • Линейный актуатор XDHA12-500 ( 900 Н / 12 В / 500 мм)