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.
Как работает линейный актуатор
Первый большой вопрос - каков принцип работы линейного актуатора. Многие люди (большинство людей), не сталкивавшихся ранее с необходимостью применения актуаторов, называют их "толкателем", "электрическим поршнем", "механическим цилиндром" и другими подобными (и нередко нелепыми) терминами. Тем не менее, все они подразумевают одно и то же устройство, независимо от правильности терминологии. Линейный актуатор выполняет именно такую работу, которую подразумевает его название: "Актуатор" (от английского "actuate") - "приводить в движение" и "линейный" - выполняющий прямолинейное движение, движущийся по прямой.
Существует множество различных способов реализации такого движения с помощью двигателя. Наиболее растространенный вариант - с помощью выдвигающегося и втягивающегося штока (слайдера), перемещающегося по направляющей. Сферы использования таких линейных приводов широко варьируются, они могут использоваться практически в любых устройствах - для регулирования положения телевизора (в том числе, выдвигающиеся и убирающиеся конструкции), для подъема и опускания пандусов для инвалидных колясок, в промышленном оборудовании, в игрушках и даже в авиационно-космических технологиях.
В конструкции линейного актуатора для создания линейного перемещения чаще всего используется винт (или более правильное название - винтовая передача). Винт вращается по или против часовой стрелки, его вращение вызывает линейное перемещение штока, соединенного с гайкой, которая перемещается вдоль винта.
Двигатели, которые используются в линейных актуаторах, в большинстве случаев являются классическими коллекторными двигателями постоянного тока 12В или 24В. Но в ряде случаев могут использоваться другие типы электродвигателей и другой вольтаж. Чтобы изменить направление движения штока линейного актуатора необходимо изменить направление вращения его двигателя. В случае использования коллекторного двигателя постоянного тока достаточно поменять полярность питания (поменять местами два провода питания двигателя). Типичное решение - с использованием автоматического переключателя, который меняет полярность подключения питания.
Существующие линейные актуаторы различаются возможной длиной хода. Применительно к конструкции актуатора это означает, что актуаторы выполняются с различными длинами штока и корпуса. Помимо длины хода актуатора, важными характеристиками являются скорость и усилие на штоке. Для достижения необходимой скорости и усилия между валом электродвигателя и винтом устанавливают механический редуктор. 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. Винт также является механической передачей, влияющей на соотношение скорости и усилия - чем меньше шаг винта, тем больше усилие и меньше скорость перемещения штока. В любом случае без использования специальных устройств регулирования скорости двигателя всегда соблюдается взаимосвязь между усилием и скоростью перемещения: чем выше скорость перемещения штока, тем меньше усилие (и наоборот).
Для реализации остановки штока в конечных положениях, актуатор оснащается встроенными концевиками (концевыми выключателями или микровыключателями). Концевые выключатели устанавливаются внутри на шток актуатора. Срабатывание концевых выключателей происходит при достижении гайкой крайних положений внутри корпуса актуатора - один датчик устанавливается на крайнее выдвинуте положение, второй - на крайнее втянутое положение. При достижении крайнего положения датчик срабатывает, питание двигателя выключается. Дальнейшее движение возможно только в противоположном направлении - при смене полярности питания и реверсе двигателя.
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
Для многих водителей автомобиль – это просто средство передвижения, тогда как для других машина является хобби, в которое они готовы вкладывать время и деньги, чтобы добиться улучшения базовых характеристик. Одним из наиболее популярных способов тюнинга двигателя автомобиля является установка турбины (турбокомпрессора). Турбина способна значительно повысить мощность мотора, если ее правильно подобрать и настроить.
В настоящее время наибольшую популярность имеют турбины высокого давления, которые отличаются от базовых вариантов турбокомпрессоров наличием клапана. Он необходим, чтобы справляться с избыточным давлением при работе двигателя на высоких оборотах.
Оглавление:Обратите внимание: В автомобильном сленге данный клапан может носить разные названия, среди которых самые распространенные следующие: вестгейт, актуатор, вакуумный регулятор. Следует понимать, что под всеми этими терминами подразумевается одна деталь, которая занимается защитой турбины от перегрузок при работе на высоких оборотах.
В процессе эксплуатации актуатор турбины может выйти из строя, и владельцу автомобиля потребуется его замена, чтобы продолжить эксплуатировать автомобиль с турбированным мотором. Замена вестгейта подразумевает не только его установку, но и регулировку, которую крайне важно выполнить правильно. В рамках данной статьи рассмотрим, как настроить клапан турбины самостоятельно, не обращаясь к специалистам сервисных центров.
Как работает актуатор турбины
Как было отмечено выше, задачей актуатора турбины является снижение давления при работе мотора на высоких оборотах. Он монтируется до турбины в выпускной коллектор автомобиля.
Принцип работы вестгейта крайне простой. Когда в двигателе повышаются обороты, а вместе с тем возрастает давление отработавших газов, стоит задача пустить их мимо самого турбинного колеса. Соответственно, в этот момент происходит открытие актуатора, установленного до турбины, и через него выходят отработавшие газы. За счет этого в клапаны попадает больше воздуха, что необходимо для максимального разгона турбонагнетателя.
Распространенные неисправности актуатора турбины
Можно выделить три главных причины, почему ломается вестгейт:
- Выходят из строя электронные составляющие компонента системы, которые отвечают за его своевременное открытие/закрытие;
- Ломаются зубья шестерней привода, что приводит к сложностям при открытии и закрытии клапана;
- Выход из строя электромотора, который отвечает за работу створки, вследствие чего система не функционирует должным образом.
В условиях специализированного сервисного центра можно устранить все описанные выше проблемы, но важно отметить, что для начала необходимо правильно диагностировать поломку, для чего потребуются специальные тестеры. Соответственно, самостоятельный ремонт актуатора турбины часто невозможен из-за отсутствия необходимого оборудования.
Чаще всего, когда клапан турбины выходит из строя, его целесообразнее не ремонтировать, а заменить. Особенно это актуально, когда выходят из строя манжет или маслосъемные колпачки, которые не подлежат замене. В таком случае потребуется снять актуатор турбины и установить на его место новый. Делается это следующим образом:
Как настроить актуатор турбины
Первый вопрос, который возникает у водителя после установки актуатора на турбину – «Зачем его настраивать?». Ответ на этот вопрос очень простой – если не произвести настройку (или настроить актуатор неправильно), то во время работы турбины в период перегазовок будет ощущаться серьезное дрожание системы. Кроме того, оно будет заметно при остановке двигателя. Еще один момент, который явно указывает на то, что актуатор турбины не настроен должным образом, это недостаточный наддув.
Обратите внимание: Недостаточный наддув может возникать не только по причине плохой настройки турбины. Также он проявляется, если впуск системы негерметичен.
Есть три способа, как настроить актуатор турбины:
Это три самых распространенных способа настройки актуатора турбины, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Водители, которых не устраивает мощность их силового агрегата, часто отдают предпочтение установке турбокомпрессора. Но, преследуя понятные цели, далеко не каждый специалист осознает, как работает актуатор турбины. Данная запчасть устанавливается на турбинах высокого давления и выполняет роль клапана, который на высоких оборотах избавляет от лишнего давления. Таким образом, устройство спасает турбину от перегрузок во время езды на высоких оборотах. Поэтому настройка вакуумного актуатора, это одно из самых важных критериев для максимальной эксплуатации турбины!
Как работает актуатор турбины
Актуатор – это регулятор, основной задачей которого является борьба с перегрузками. Он монтируется на турбокомпрессоре. Алгоритм работы устройства довольно прост – устройство включается в работу в ситуациях, когда увеличиваются обороты мотора и повышается количество выделяемых выхлопов. Колесо турбины вращается чаще, и дополнительные выхлопные газы проходят сквозь открывшийся обходной клапан.
Проходя раскаленные детали турбокомпрессора, газы воздействуют на крыльчатку вала, где присутствует охлажденная составляющая турбины, где создается давление на впускном коллекторе. Благодаря этому воздух поступает в камеру сгорания. При достижении больших оборотов в дело включается актуатор, задача которого – открывать вспомогательный клапан, чтобы газы выходили мимо турбины. После каждого нажатия педали акселератора будет открываться вестгейт, через который будут уходить выхлопные газы, что позволит добраться до клапанов двигателя большему количеству воздуха.
Как настроить турбинный актуатор автомобиля
Если в процессе работы автомобиля ощущается дребезжание турбины при выключении двигателя, важно ее правильно настроить. Аналогичные звуки можно услышать при перегазовкахв момент сброса оборотов. Звуки случаются по причине свободного перемещения стока и издаются калиткой регулятора. Знания, как отрегулировать актуатор турбины, вам понадобятся при недостаточном наддуве в турбине. Но такая ситуация происходит только тогда, когда вы уверены в целостности механизмов и герметичности системы впуска.
Существует несколько способов увеличения давление наддува:
- Расслабление либо затягивание окончания закрытия вестгейта (позволяет увеличить или ослабить уровень открытия заслонки, поэтому можно вручную настроить тягу на перепускном вентиле);
- Установка соленоида (устройство измеряет текущий показатель давления и в рабочем режиме снижает этот уровень).3
В процессе установки следите за тем, чтобы актуатор был максимально закрытым.
Турбокомпрессор – один из самых важных и дорогостоящих узлов автомобиля. Однако не смотря на 10-летнюю долговечность, актуатор турбокомпрессора часто ломается, если машину эксплуатировать в тяжелых условиях. В этой статье рассмотрим причины неполадок изделия.
Первые признаки
Итак, выход из строя актуатора или турбины связан с пропаданием тяги или снижением мощности. Также одной из причин является выход дыма из выхлопной трубы при разгоне. При этом дым имеет синий, черный или белый цвет. Кроме того, обратим внимание на работу двигателя: если слышны скрежет, свист или странные шумы, значит проблема действительно в турбине. Еще несколько признаков – увеличение расхода топлива или моторного масла, а также падение давление масла или воздуха.
Виды неисправностей
- Если автомобилист обнаружил синий дым, значит моторное масло сгорело в цилиндрах. Туда масло попадает из турбокомпрессора. В случае обнаружения черного дыма нельзя исключать утечку воздуха. А что касается белого цвета выхлопа, то здесь дело в засорении сливного маслоотвода турбонагнетателя.
- К причинам свиста можно отнести утечку воздуха на стыке выхода силового агрегата и актуатора. Скрежет указывает на сильное трение между собой элементов всей системы турбонаддува.
Три причины
Исходя из всего вышеперечисленного, можно выделить три основные причины неполадок актуатора, что влечет за собой диагностику и ремонт турбины .
- Нехватка масла, слабое давление масла. Эта неисправность связана с утечкой или пережимом масляных шлангов, которые, возможно, еще и неправильно установлены по отношению к турбине. Из-за данного дефекта быстро изнашиваются кольца, шейки вала, а также происходит перегрев радикальных подшипников турбины. Все эти детали не ремонту не подлежат.
- Грязное и некачественное масло – тоже один из факторов, приводящих к преждевременному износу актуатора турбины. Кроме того, при этом сокращается срок службы подшипника, закупориваются маслоотводные каналы, а также возникают повреждения оси. Масляная жидкость с густой консистенцией очень вредно для подшипников, ведь из-за него появляется осадок, который нарушает герметичность турбины.
- Третья причина – посторонние предметы внутри турбокомпрессора. Засорение негативно влияет на срок службы лопаток турбинного и компрессорного колес, что приводит к падению воздушного давления. Также наносится существенный вред ротору. В этом случае понадобится замена фильтра компрессора. Также не помешает улучшить герметичность впускного тракта. А что касается турбины, здесь потребуется замена впускного коллектора (в случае его выхода из строя) и вала.
Существует множество вариантов конструкции приводов. Наиболее простые приводы состоят из ходового винта, тисков, зажима и рычагов. Такие системы можно встретить в различных механизмах: от соковыжималки до дробилки камней.
Более продвинутые линейные приводы включают в себя баллоны со сжатым воздухом, которые используются для обеспечения большей мощности частей машин. Они используются в гидравлических цилиндрах и, нередко являются составной частью строительной техники, такой как отбойные молотки, подъемники и домкраты.
Существует и третий тип приводов – электрические. Они состоят из катушек с проволокой, которые вращаются под действием электромагнитной силы. Электрические линейные приводы чаще всего используются для открытия или закрытия дверей в автомобилях. Их еще можно встретить внутри двигателей электротранспорта или на конвейерах.
Специализированные приводы
Специализированные линейные приводы используются для узкого круга важных задач. Такими могут быть гидравлические детали для управления полетом на больших самолетах, которые должны перемещаться с точностью в десятые доли миллиметра. Еще их используют для станочного оборудования с крошечными серводвигателями и зубчатыми ремнями. Даже недорогие шаговые двигатели с линейным приводом, используемые в принтерах для домашних компьютеров, имеют шаг до одного миллиметра.
Особенности конструкции в зависимости от применения
Инженеры, интегрирующие линейные приводы в оборудование, должны детально понимать условия их работы, чтобы определить, какую конструкцию применять в той или иной ситуации. Это делается из экономических соображений, так как чем меньше ход рабочего цикла привода, тем дороже он стоит.
Например, печатная головка в принтере должна располагаться очень точно над листом бумаги. Тормозные цилиндры в автомобиле, напротив, должны поглощать большое количество энергии, чтобы уменьшить время торможения и путь до полной остановки.
Гидравлические цилиндры на больших экскаваторах, используемых в строительстве, должны уметь перемещать сотни килограммов груза с относительно маленькой погрешностью.
Линейные приводы с электронным управлением, используемые в процессе сборки небольших деталей, перемещаются с ослепительной скоростью и собирают сотни микрочипов за небольшое время.
Как видно из всего вышесказанного, линейные приводы, хоть и имеют общие конструктивные особенности, сильно отличаются друг от друга по применению. Это обусловлено многими факторами: нагрузкой на прибор, размером, скоростью работы и многим другим.