линейный актуатор что это
Почему актуатор — мозг турбокомпрессора и как он работает
Турбомоторы сегодня становятся всё популярнее, а значит, самое время поговорить о том, как работает турбонаддув и что такое актуаторы турбин, которые по праву называют мозгом турбокомпрессора. И заодно разобраться, можно и нужно ли ремонтировать актуаторы.
Как придумали нагнетать воздух в ДВС
По мере прогресса двигателей внутреннего сгорания инженеры задались вопросом: как, не нарушая стехиометрическое соотношение топливовоздушной смеси, сжечь одномоментно больше топлива, чтобы увеличить тем самым крутящий момент двигателя без увеличения его рабочего объёма? И сформулировали ответ: нужно подать в цилиндры двигателя больше воздуха путём повышения его плотности.
Первоначально в автомобильных ДВС для этого использовали объёмные нагнетатели конструкции братьев Рутс. Принцип работы объемного нагнетателя, или компрессора, очень прост: приводящиеся от коленвала двигателя посредством ремня или зубчатой передачи роторы «зачерпывают» окружающий воздух и под избыточным давлением подают его в цилиндры мотора.
Главный недостаток такого нагнетателя — энергозатратный механический привод и как следствие — существенная потеря мощности двигателя и увеличение расхода топлива.
Альтернативу в 1911 году предложил швейцарец Альфред Бюхи, запатентовав конструкцию нагнетателя, приводимого в действие выхлопными газами двигателя, то есть не использующего механический привод. Согласно патенту, это устройство позволяло увеличить мощность двигателя на 120%. Так было положено начало эпохи турбокомпрессоров.
Впрочем, поначалу они применялись в основном на судах и самолётах, но не в легковых автомобилях, так как из-за массивности тогдашним турбинам на низких оборотах не хватало потока отработавших газов, чтобы раскрутить тяжелую крыльчатку до требуемой скорости. Помимо этого, возникала задержка в срабатывании турбины на переменных режимах работы двигателя (т. н. турболаг).
Постепенно эти проблемы решили. Первыми серийными автомобилями с турбомотором стали Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza Spyder, выпущенные в 1962 году. В семидесятые, вслед за успехом наддува в Формуле 1, а также мировым нефтяным кризисом, последовал Porsche 911/930 с первой в мире турбиной типа Twin Scroll — с двумя радиальными каналами для поступающих к турбине выхлопных газов. Такое решение позволило снизить эффект турбоямы — отсутствия прилива тяги на низких оборотах.
В 1978 году появился первый легковой автомобиль с турбированным дизельным двигателем — Mercedes-Benz 300 SD. А в следующие десятилетия технология турбонаддува стала по-настоящему массовой, позволив создавать менее объемные, более мощные и одновременно более экономичные двигатели, выбрасывающие в атмосферу меньше вредных веществ. Системы турбонаддува эволюционировали, став надежнее и компактнее, был заметно уменьшен инерционный фактор.
В конструкции турбодизелей массовое распространение получили турбокомпрессоры с изменяемой геометрией проточной части турбины (иначе говоря, с регулируемым сопловым аппаратом, он же РСА), также известные как турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, — о них ниже.
Как работает турбокомпрессор
Конструктивно турбокомпрессор состоит из турбины, лопатки которой раскручиваются потоком выхлопных газов, и размещенного с ней на едином валу центробежного компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры. Поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до огромной скорости, после чего через спиральную улитку диффузора вытесняется в радиальном направлении.
В системах наддува турбокомпрессорами с изменяемой геометрией предусмотрена возможность изменения величины сечения канала для отработавших газов, а также угла их входа на турбинное колесо. Это нужно, чтобы регулировать скорость вращения компрессора и защищать, прежде всего на высоких оборотах, как двигатель, так и сам турбокомпрессор от избыточной нагрузки.
Механизм РСА приводится в действие актуатором — пневматическим или сервоприводом — по командам блока управления двигателем, который следит, чтобы на всех режимах движения турбокомпрессор работал оптимально.
Таким образом, именно актуаторы — главные защитники турбины и двигателя.
Что такое актуатор и почему он — мозг турбины
Существует несколько основных типов актуаторов. Большинство современных относятся к числу электронно управляемых. Они не только работают как ограничители предельного давления, но могут гибко регулировать оптимальное давление в режимах частичной нагрузки. Для этого используются показания с различных датчиков, контролирующих работу двигателя. Электронные актуаторы также помогают реализовать кратковременный «передув», или «овербуст», в режиме интенсивного ускорения.
В конструкции современного актуатора есть сервопривод с редуктором и датчиком положения и так называемый программатор — «мозг» устройства. Такая сложная конструкция позволяет актуаторам молниеносно реагировать на команды ЭБУ двигателя, гибко регулируя работу турбокомпрессора, обеспечивая точное дозирование подаваемого в цилиндры двигателя воздуха и гарантируя соблюдение строгих экологических норм.
Чинить или заменять?
Повреждения механизма РСА, возникающие в ходе эксплуатации автомобиля, могут спровоцировать повреждение и самого актуатора. В числе таких причин — закисание рычага, коксование или иное повреждение соплового аппарата твердыми частицами. Это приводит к механическому повреждению редуктора сервопривода, в червячном механизме которого используются пластиковые шестерни. Подклинивание шестерней увеличивает потребляемый ток, в результате возможно повреждение электромотора и программатора. Подобные проблемы вызывают некорректную работу компонентов турбины и проявляются в виде ошибок, рывков при движении и перехода двигателя в аварийный режим.
Чаще всего при возникновении подобных проблем турбокомпрессор заменяется в сборе. А это недешевое удовольствие. К тому же автомобиль надолго «зависает» в сервисе, что накладно как для клиента, так и для СТО — ведь за это время можно было бы обслужить несколько других автомобилей.
Решение здесь — замена актуатора, что гораздо менее затратно для автовладельца, чем покупка нового турбокомпрессора в сборе. А с точки зрения СТО, замена актуатора даёт возможность увеличить количество обслуживаемых автомобилей в единицу времени.
Можно ли починить изношенный актуатор? В интернете вы найдете множество примеров ремонта, в том числе, и тут, на DRIVE2. За примерами далеко ходить не надо: драйвовчане мучались с актуаторами тут, тут, еще тут, вот тут, здесь и с более профессиональным подходом — тут. Умельцы вскрывают корпус, меняют шестеренки на неоригинальные, пропаивают дорожки… К сожалению, чаще всего при таком ремонте без внимания остаются прочие компоненты этого сложного электромеханического устройства — прокладочные кольца, детали червячной и цилиндрической передачи, игольчатые подшипники и их уплотнения, упорные шайбы, выходной кривошип и шатун и так далее. Повторная калибровка актуатора также может не соответствовать заводской спецификации, что вызовет повышенный расход топлива и увеличение вредных выбросов. Таким образом, любой подобный ремонт будет давать лишь кратковременный эффект, который рано или поздно приведет к замене турбокомпрессора в сборе.
Вот почему оптимальный путь — замена актуатора турбины на новый, причём, учитывая высокую сложность и важность устройства, от крупного и известного производителя.
Производить замену актуатора рекомендуется после диагностики самой турбины на предмет различных дефектов.
Большое количество современных двигателей различных производителей уже на заводе комплектуется актуаторами Hella независимо от производителя самой турбины — а ими могут быть BorgWarner, Honeywell, MHI, IHI-CSI. Hella производит актуаторы различного типа уже с 1999 года и является лидирующим европейским поставщиком данной продукции. На настоящий момент выпущено свыше 10 миллионов актуаторов Hella. Теперь их можно купить у официальных дилеров Hella.
Среди распространенных в России серий турбомоторов, изначально комплектуемых актуаторами Hella, отметим следующие модификации:
— BMW: B47 TOP Long BG3.3 LP GTD2, N57 TüTL R2S, N47 TUE OL, B47OL D EU-VI, N47 D20 T1, N47 C16, N57 TU, N47C20 IHI;
— Nissan: X61B, YD25DDTi, X81C;
— Hyundai / KIA: R2.2L EU5, D4HB;
— Ford / PSA: Puma 2.2, LYNX C1;
— Audi: W36 EMC CyRc;
— MB: OM642.
То есть, если говорить о наиболее популярных моделях, это Peugeot Boxer, Citroёn Jumper, Ford Transit Custom, BMW 1, 3, 5 серии и X3, Nissan Navara (Frontier) и Pathfinder, Hyundai Santa Fe, Kia Sorento.
Для правильной идентификации актуатора с соответствующей вашему двигателю заводской калибровкой необходимо проверить маркировку (как показано у пользователя Yuriy39region ):
Надеемся, этот материал был для вас полезен. Наши технические специалисты с удовольствием ответят на все ваши вопросы в комментариях!
Актуаторы или линейные приводы (Планы)
Запись перенесена из БЖ, от 3 октября 2013 года
Было в планах осуществить электро открывание и закрывание Багажника, Задних дверей, и передних (только поднятие и опускание)
Для этого необходимы линейные приводы или другое название — АКТУАТОРЫ!
Более подробное знакомство ЗДЕСЬ
Живу на Украине… поэтому пока эта тема отошла на поздний срок… Актуаторы можно было достать в Славянске!
Поэтому, я занялся салоном и закончил его!
Теперь жду успокоение в стране и сразу же продолжу усовершенствование Стича!:):):)
Вот такое чудо я хочу сотворить с Багажником!
А вот так с передними дверями!
Модульные линейные роботехнические актуаторы
Наткнулся на ютубе на человечка, который придумал модульные линейные актуаторы, из которых можно собирать разные виды роботов и манипуляторов. Не знаю, насколько нова и актуальна эта идея, но я прям залип на его видосиках. Если что, это не рендеры 🙂
Серийный vs параллельный робот:
Motion-платформа с 6 степенями свободы:
Ну это совершенно банальный линейный актуатор, на алиэкспрессе такого добра навалом, ровно по такому же принципу работают 3д дельта-принтеры. Все это давным давно придумано и вполне себе используется.
Меня вот эта штука очень радует, ведь сложный процесс заменили поэтапно на простые.
Ощущение что это рендер
Станки которые умеют всё. Два современных станка появились в «ОДК-Пермские моторы»
В создание нового участка вложено порядка 3.5 млрд рублей. Частично деньги выделены Фондом развития промышленности (ФРП), частично это собственные средства предприятия «ОДК-Пермские моторы», но основная часть инвестиций — средства головной Госкорпорации Ростех.
В 21-м веке уже невозможно опираться на таланты виртуозов за токарными станками. Эта великая, полная свершений и побед история закончилась. Впереди нас ждет новая история Российского авиастроения и промышленности в целом. Уверен, побед и свершений мы увидим ещё немало.
Авиационный вал — это сложнейшее и точнейшее изделие.
Вал можно сравнить с позвоночником газотурбинного двигателя. На него крепятся все остальные узлы и сборочные единицы. И лишь малейшие отклонения в балансировке вала — как могут начаться биения, которые очень быстро разрушат весь двигатель.
И только так, сконцентрировав всё в одном месте, можно будет обеспечить одинаковое и прогнозируемое качество каждой конкретной детали.
Посмотрите на фото ниже. Это вал изнутри. Представляете, насколько сложно такое сделать? Тут каждая канавка должна быть идеально выверена по геометрии, чтобы шлицевое соединение не имело даже малейшего люфта, а вал можно было идеально отбалансировать.
Когда-то эти валы вытачивались на обычных универсальных станках без ЧПУ. За каждым таким станком стоял токарь высочайшего уровня, он был способен, где-то даже на уровне интуиции и громадного опыта, ловить микронные допуска. Казалось бы, это выше человеческих способностей, наши органы чувств не способны различать такие малые величины. Но они как-то это делали. И вытачивали детали идеальной геометрии, без помощи электроники.
Они знали свой станок досконально, и сами, своими руками, умели компенсировать недостаток точности оборудования. Это был «высший пилотаж» токарного искусства, это была элита токарного дела.
Сегодня таких людей всё меньше. Им на смену приходят мощные высокоточные обрабатывающие центры и роботы.
Два токарно-фрезерных обрабатывающих центра, которые обслуживаются роботом. Это так называемая роботизированная ячейка.
Теперь задача человека — загрузить программу в виде компьютерной модели нужной детали, да установить необходимый инструмент в магазин — свёрла, фрезы, резцы.
И можно выпить кофе, пока умная высокоточная машина сделает деталь. Потом другую. Потом еще одну. Сколько угодно штук, одинаковых до микрона. Никакой токарь шестого разряда, даже самый лучший, не сможет сделать это так качественно и так быстро.
Про кофе, конечно, шутка. Просто в случае отдельно стоящего обрабатывающего центра нужен один оператор, а двумя станками он уже просто физически управлять не успевает. В роботизированной ячейке будет 4 станка и всего один оператор. Получается повышение производительности труда в 4 раза.
Шаговый актуатор решает те же задачи, что и линейный актуатор на базе коллекторных или асинхронных двигателей, но с большей точностью. Конструкции шаговых актуаторов могут незначительно отличаться. Обычно в них не используется редуктор. В настоящий момент чаще всего встречаются три наиболее популярные варианты конструктивного исполнения: non-captive, with external nut, captive.
Основные конструктивные исполнения шаговых линейных актуаторов
Как выбрать шаговый актуатор
В случае использования шагового двигателя инженеру необходимо сначала решить задачу преобразования вращательного движения в поступательное, затем вычислить параметры необходимой механики и после этого подобрать подходящие элементы для осуществления линейного перемещения нагрузки. В случае использования шагового актуатора можно сразу подбирать исполнение, характеристики которого удовлетворяют требованиям системы.
Таким образом, чтобы выбрать подходящий линейный шаговый актуатор, необходимо определить следующие требования системы:
Технические характеристики линейных шаговых актуаторов
При решении технических задач в качестве исходных данных приводятся параметры линейного движения: скорость поступательного движения, усилие в осевом направлении, максимальная величина перемещения, дискретность или точность позиционирования.
Усилие на валу актуатора в первую очередь зависит от крутящего момента шагового двигателя. Так как его момент зависит от скорости вращения ротора, необходимо определить требуемое усилие на заданной скорости. Чем выше скорость, тем ниже момент (это общее свойство всех шаговых двигателей) и, как следствие, ниже осевое усилие на штоке. В случае, если алгоритм работы актуатора предполагает несколько режимов скоростей, необходимо либо определить максимальное усилие для всех режимов и выбрать актуатор с шаговым двигателем с запасом по моменту, либо определить требуемые усилия на каждой из планируемых скоростей и выбрать актуатор, точно подходящий поставленной задаче. В технических характеристиках шагового актуатора обычно указывается максимальное усилие, т.е. то усилие, которое можно получить на штоке при минимальной (близкой к нулю) скорости. Необходимо помнить, что при ненулевой скорости усилие на валу (и на штоке актуатора) будет ниже. Чем выше скорость, тем меньше выходное усилие. Точные значения и вид кривой зависимости усилия от скорости зависят от применяемого драйвера ШД, от режима дробления шага, напряжения питания.
При преобразовании вращательного движения в линейное поступательное в шаговых актуаторах используется винтовая передача. Следовательно, выходное усилие на штоке также зависит от шага винта.
Так как для преобразования вращения вала в линейное перемещение штока используется винтовая передача, выходная скорость зависит от шага винта актуатора.
В первую очередь необходимо определить, на какое максимальное расстояние будет перемещаться нагрузка. Во всех случаях максимальная величина перемещения ограничена длиной резьбового вала двигателя.
В случае использования актуаторов со свободным штоком необходимо учитывать, что из общей длины вала необходимо вычесть длину, необходимую для удержания винта внутри гайки шагового двигателя. Также нужно помнить, что при втягивании нагрузки винт проходит ротор двигателя насквозь, т.е. с обратной стороны мотора необходимо соответствующее перемещению свободное пространство.
В случае использования актуаторов с внешней гайкой нужно помнить, что гайка также имеет свою длину, которую необходимо вычесть из общей длины резьбового вала актуатора.
При использовании актуаторов с выдвижным штоком максимальная величина перемещения зависит от длины резьбовой части вала и от конструктивного исполнения корпуса, закрывающего винт.
При вращении каждый оборот вала двигателя соответствует линейному перемещению актуатора, равному шагу его винта. При выполнении дискретного углового перемещения вала двигателя происходит линейное перемещение, которое зависит от величины шага винта. На точность отработки перемещения влияет качество изготовления и точность винта.
Продажа линейных перемещений
Дословно с английского, актуатор – это привод. Так называют готовые к установке и работе приводные устройства с механической передачей и, в большинстве случаев, встроенным двигателем. Актуаторы относительно компактны и доступны по цене.
