عملگرهای چرخشی ابزاری هستند که انرژی را که معمولاً به صورت برقی یا هوای فشرده است، از طریق حرکت چرخشی به گشتاور تبدیل می‌کند. اکچویتورها نقش مهمی در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تولیدی ایفا می‌کنند، جایی که کنترل دقیق بر روی شیرها، درها و سایر سیستم‌های مکانیکی با حرکات خطی خاص ضروری است. اکچویتورهای چرخشی انواع مختلفی دارند، شامل موتورهای گیربکس دار الکتریکی با دنده‌های کاهنده، سیلندرهای هوا فشرده و موتورهای هیدرولیک.
رایج‌ترین نوع از عملگرهای چرخشی، اکچویتورهای گیربکس الکتریکی هستند. در این طراحی، یک موتور الکتریکی یک شفت را چرخانده که به یک ارتباط دهنده مکانیکی متصل است. این ارتباط دهنده حرکت چرخشی شفت را به حرکت خطی تبدیل می‌کند و امکان حرکت بار یا انجام وظیفه خاصی را فراهم می‌کند. اکچویتورهای گیربکس الکتریکی در اندازه‌ها و استایل‌های مختلفی ساخته شده‌اند که مناسب برای کاربردهای گوناگون هستند، از واحدهای کوچک و فشرده تا مدل‌های بزرگ و سنگین.
نوع دیگر عملگرها، اکچویتورهای پنوماتیکی هستند که از هوای فشرده برای چرخاندن یک شفت استفاده می‌کنند. اکچویتورهای پنوماتیکی معمولاً در طرحهای صنعتی مانند کنترل شیرها در کارخانه‌های و غیره به کار می‌روند.
عملگرهای هیدرولیک مشابه اکچویتورهای پنوماتیکی هستند، اما به جای هوای فشرده، از یک مایع، معمولاً روغن، برای تولید حرکت استفاده می‌کنند. این اکچویتورها معمولاً در تجهیزات صنعتی سنگین و ماشین‌آلات کاربرد دارند که نیاز به نیرو و قدرت زیاد دارند.
یکی از محبوب‌ترین انواع عملگرهای چرخشی، اکتورهای خطی میکرو هستند. این دستگاه‌های کوچک و فشرده به طور معمول در روباتیک و اتوماسیون خانگی استفاده می‌شوند. آنها برای باز و بسته کردن، حرکت اشیاء یا انجام وظایف ساده دیگر استفاده می‌شوند. این اکچویتورها در اندازه‌ها و طول‌های مختلف ساخته شده‌اند و می‌توانند توسط برق، باتری یا حتی انرژی خورشیدی تغذیه شوند.
عملگر پنوماتیکی چرخشی با محرک بیرونی
عملگر پنوماتیکی چرخشی با محرک درونی
اکچویتور پنوماتیکی از هوای فشرده برای تولید انرژی عملیاتی خود استفاده می‌کند. برخی از آنها به طور خاص برای کنترل از راه دور شیرها طراحی شده‌اند. هوای تمیز و خشک می‌تواند از طریق یک ایستگاه مرکزی هوا فشرده فراهم شود یا در صورت وجود یک سیستم گاز فشرده استفاده میشود. این عملگرها به طور متداول برای اتوماسیون و کنترل از راه دور شیرهای ربع گرد یا چند چرخشی مانند شیرهای توپی (Ball Valves) یا پروانه‌ای (Butterfly Valves) استفاده می‌شوند.
عملگرهای چرخشی با هوای فشرده از یک یا چندین محفظه هوا، پیستون یا دیافراگم تشکیل شده است. با توجه به طراحی، فشار هوا باعث حرکت پیستون یا دیافراگم میشود و حرکت خطی یا چرخشی ایجاد می‌کند. اگر حرکت ایجاد شده خطی باشد، در داخل اکچویتور حرکت خطی به حرکت چرخشی تبدیل می شود. عملگرها دوام بالایی دارند و با توجه به سایز عملگر نیروی مورد نیاز را ارائه می‌دهند و می‌توانند در محیط‌های خطرناک استفاده شوند.
به طور کلی، برای حرکت دادن یک شیر چرخشی، از یک عملگر چرخشی استفاده میشود. با این حال، طراحی‌هایی هم وجود دارند که از سیلندرهای هوا فشرده استفاده می‌کنند که حرکت خطی ایجاد می‌کنند تا با استفاده از بازوهای محوری و بلبرینگ‌ها، گشتاور تولید کنند. با این حال، مشخص کردن اکچویتور چرخشی پنوماتیکی برای این نوع کاربردها می‌تواند طراحی را ساده‌تر کند و عمر خدماتی را افزایش دهد. عملگرهای چرخشی پنوماتیکی به صورت مجزا عمل می‌کنند؛ بنابراین، قطعات آنها به صورت ایزوله از آلودگی محیط‌های بیرونی دور می باشد، که به معنای کمتر شدن نیاز به تعمیرات در طول عمر آنها می‌باشد.
اکچویتورهای هوای فشرده می‌توانند تک عمله (Single Acting) یا دو عمله (Double Acting) باشند. در اکچویتور دو عمله، فشار هوا در دو طرف پیستون برقرارمی باشد. فشار هوا بیشتر در یکی از طرف‌ها باعث حرکت پیستون شده که با توجه به وضعیت شیر بسته شده عمل باز و بسته شدن شیر انجام میشود. از سوی دیگر، اکچویتورهای تک عمله هوا در یکی از طرف‌ها برقرار می باشد و از یک یا چند فنر به منظور بازگشت پیستون به موقعیت اولیه استفاده میشود. عملگرهای تک کاره با استفاده از فنرها می‌تواند به طور انتخابی وضعیت شیر را بصورت نرمال باز یا نرمال بسته قرار دهند. این اکچویتورها هوای فشرده را حفظ می‌کنند، با این حال، اکچویتورهای دو کاره بهترین کنترل را فراهم می‌کنند و در میزان چرخش عملکرد بالاتری دارند. اکچویتورهای تک عمله از این مزیت برخوردار هستند که در صورت از دست دادن فشار یا قطع برق، به موقعیت اولیه باز می‌گردند.
عملگر پنوماتیکی تک عمله (برگشت با فنر)
در شکل شماره 1 با تأمین هوا به پورت A فشار به قسمت مرکزی اکچویتور اعمال میشود، که باعث حرکت دو پیستون به سمت درپوش عملگر شده و باعث فشردن فنرها در قسمت بین پیستون و درپوش میشود و چرخش مخالف ساعت‌گرد ایجاد می‌کند. هوای خروجی از قسمت بیرونی از طریق پورت B خارج میشود.
شکل شماره 1
شکل شماره 2
همانطور که در شکل شماره 2 ملاحضه میفرمایید در صورت از دست دادن فشار هوا، انرژی ذخیره شده در فنرهای فشرده، پیستون‌ها را به سمت داخل فشار می‌دهد و حرکت چرخشی با خروج هوا از پورت A ایجاد میشود. این موقعیت "Fail Safe" (به یک وضعیت یا سیستم اشاره دارد که در صورت بروز خطا یا از دست دادن تأمین انرژی، به یک حالت ایمن یا وضعیت پیش‌فرض بازمی‌گردد.) توسط نیروی فنرها تا زمانی که فشار هوا به پورت A دوباره اعمال شود، حفظ میشود.
در شکل شماره 3 با تأمین هوا به پورت A فشار به قسمت مرکزی اکچویتور اعمال میشود، که باعث حرکت دو پیستون به سمت بیرون میشود. نیروی خطی پیستون از طریق دنده‌های راک به دنده پینیون منتقل میشود و باعث چرخش مخالف ساعت‌گرد پینیون میشود در حالی که هوا از پورت B خارج میشود.
شکل شماره 3
شکل شماره 4
در شکل شماره 4 با تأمین هوا به پورت B فشار به قسمت بیرونی (بین درپوش و پیستون) اعمال میشود و باعث فشردن دو پیستون به سمت داخل میشود. این عمل باعث میشود که پینیون به سمت ساعت‌گرد چرخش کند در حالی که هوا از پورت A خارج میشود.
اجزای عملگر پنوماتیکی
| No | Part Description | Qty |
|---|---|---|
| 1 | Indicator Cap Screw | 1 |
| 2 | Piston Indicator | 1 |
| 3 | Pinion Snap Ring | 1 |
| 4 | Thrust Washer | 1 |
| 5 | Thrust Bearing | 1 |
| 6 | Body | 1 |
| 7 | Piston Guide | 2 |
| 8 | O-ring (Pinion Top) | 1 |
| 9 | Bearing (Pinion Top) | 1 |
| 10 | Inside Washer | 1 |
| 11 | Cam | 1 |
| 12 | Pinion (Drive Shaft) | 1 |
| 13 | Bearing (Pinion Bottom) | 1 |
| 14 | O-ring (Pinion Bottom) | 1 |
| No | Part Description | Qty |
|---|---|---|
| 15 | Spring (Cartidge) | 0~12 |
| 16 | Bearing (Piston) | 2 |
| 17 | O-ring (Piston) | 2 |
| 18 | Piston | 2 |
| 19 | Plug | 2 |
| 20 | O-ring (Adjust Screw) | 2 |
| 21 | Stop Nut (Adjust Screw) | 2 |
| 22 | Adjust Screw | 2 |
| 23 | Stop Screw | 2 |
| 24 | Nut (Adjust Screw) | 2 |
| 25 | O-ring (End Cap) | 2 |
| 26 | End Cap | 2 |
| 27 | End Cap Screw | 8 |
| 28 | Shaft Adapter | 1 |
قبل از انتخاب اکچویتور چرخشی، نیاز است به بررسی نیازهای کاربردی خود بپردازید. در زیر به برخی از مواردی که باید در نظر گرفته شوند اشاره شده است:
مشخص کنید چه میزان زاویه چرخشی نیاز دارید.
گشتاور یا نیروی چرخشی به نیروی اعمال شده بستگی دارد، جهت این نیرو و فاصله بین این نیرو و محور چرخش (مثلاً محور شافت) محاسبه میشود. بیشترین نیروی چرخشی یا گشتاور زمانی ایجاد میشود که نیرو در فاصله بیشتر از محور چرخش و در زاویه‌ای عمود نسبت به شفت اعمال شود.
ابعاد فیزیکی اکچویتور چرخشی را در نظر بگیرید. اگر فضای محدودی دارید، اکچویتور چرخشی نوع پره ای به دلیل طراحی کم‌حجم آن ممکن است گزینه بهتری باشد. با این حال، برای کاربردهایی که گشتاور، زاویه چرخش، گزینه‌های شفت و کارایی مکانیکی اهمیت دارد، اکچیتورهای پینیون و راک مناسب باشد.
