Cơ Cấu Chấp Hành Là Gì? Tìm Hiểu Về Vai Trò Của Cơ Cấu Chấp Hành

Mặc dù không xuất hiện rầm rộ trên các phương tiện truyền thông như AI và Machine Learning, nhưng cơ cấu chấp hành vẫn đóng một vai trò quan trọng trong thế giới hiện đại với khả năng chuyển đổi năng lượng.

Cơ cấu chấp hành là gì?

Định nghĩa cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành (Actuator) hay thiết bị truyền động là bộ phận của một thiết bị hoặc máy móc, có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng thông qua các chuyển động vật lý.

Hiểu đơn giản, cơ cấu chấp hành là thành phần tạo ra sự chuyển động trong một cỗ máy.

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Trên thực tế, cơ cấu chấp hành có mặt trong hầu hết máy móc, thiết bị xung quanh con người. Từ bộ rung trên điện thoại di động, hệ thống kiểm soát truy cập điện tử, thiết bị gia dụng cho đến xe cộ, robot hoặc thiết bị công nghiệp.

Một số ví dụ điển hình về cơ cấu chấp hành là: vít me, động cơ nước, động cơ điện, bộ kích thích cơ điện,…

Cơ cấu chấp hành có hai chuyển động cơ bản là: chuyển động thẳng và chuyển động quay. Thiết bị truyền động tuyến tính chuyển đổi năng lượng thành chuyển động đường thẳng. Chúng phù hợp với các ứng dụng định vị, có chức năng đẩy hoặc kéo. Thiết bị truyền động quay chuyển đổi năng lượng để thực hiện các thao tác quay. Bạn có thể bắt gặp các thiết bị này trong đời sống như van bi hoặc van bướm.

Tùy thuộc vào tính năng và ứng dụng, cơ cấu chấp hành được thiết kế theo các phiên bản khác nhau.

Thành phần của cơ cấu chấp hành

• Nguồn điện: Là nơi cung cấp năng lượng đầu vào để điều khiển các thiết bị truyền động. Chúng có thể là dòng điện, chất lỏng hoặc khí tự nhiên trong những lĩnh vực công nghiệp.
• Bộ chuyển đổi nguồn: Tạo năng lượng từ nguồn cho cơ cấu chấp hành phù hợp thông qua các phép đo do bộ điều khiển thiết lập. Một số bộ chuyển đổi nguồn thường gặp là: bộ biến tần điện hoặc van tỷ lệ thủy lực trong hệ thống công nghiệp.
• Thiết bị truyền động: Là tập hợp những thiết bị chuyển đổi năng lượng được cung cấp thành lực cơ học.
• Tải trọng cơ học: Năng lượng sau khi được chuyển đổi giúp một thiết bị cơ học hoạt động. Tải trọng cơ học đề cập đến hệ thống cơ khí này đang được dẫn động bởi thiết bị truyền động.
• Bộ điều khiển: Giúp hệ thống hoạt động liên tục với số lượng đầu vào thích hợp và các điểm đặt khác do người điều khiển quyết định.

Đặc tính hoạt động của cơ cấu chấp hành

• Có khả năng định vị chính xác
• Khởi động và dừng ngay lập tức, không có thời gian “chết” hoặc chuyển động quá vị trí
• Thực hiện nhiệm vụ liên tục, không giới hạn về số lần khởi động trong mỗi phút
• Chuyển động nhất quán
• Những thiết bị trong công nghiệp phải đảm bảo chắc chắn, hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt mà không giảm hiệu suất
• Cần bảo dưỡng định kỳ trong thời gian tối thiểu

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Với những đặc tính trên, các thiết bị truyền động sẽ mang lại những lợi ích cực kỳ quan trọng:

• Theo dõi tín hiệu yêu cầu từ bộ điều khiển chính xác và nhanh nhất, giúp phản hồi theo chỉ dẫn của bộ điều khiển hiệu quả hơn.
• Có độ tin cậy cao hơn so với các thiết bị thông thường

4 loại cơ cấu chấp hành phổ biến hiện nay

Cơ cấu chấp hành tuyến tính thủy lực

Thiết bị này tạo ra những chuyển động thẳng bằng cách đặt áp suất không cân bằng với chất lỏng thủy lực lên một piston trong ống rỗng. Quy trình này tạo ra mô-men xoắn mạnh để điều khiển một vật bên ngoài.

Do chất lỏng hầu như không thể nén được nên thiết bị này có thể tạo ra số lượng mô-men lớn. Cơ cấu chấp hành thủy lực chuyển động theo một hướng nhờ các piston. Do đó, người ta sử dụng thêm lò xo để chúng có thể chuyển động ngược lại.

Thiết bị này sử dụng áp suất ở hai đầu nhằm giảm bớt chuyển động tương đối từ hai bên. Chúng được dùng để chuyển tại vật nặng, phù hợp với các thiết bị xây dựng lớn hoạt động thường xuyên.

Cơ cấu chấp hành tuyến tính khí nén

Đây được xem là thiết bị truyền động đơn giản và tiết kiệm nhất. Thông qua khí nén, chúng kéo căng và dài một piston để tạo ra sự chuyển động. Piston sẽ được thu lại bằng một lò xo hoặc chất lỏng ở đầu đối diện.

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành tuyến tính khí nén tạo ra mô-men xoắn ốc và tốc độ cao trên diện tích nhỏ gọn. Chúng có ưu điểm là nhanh và không dễ bị phá hỏng bởi các điểm dừng khó. Bộ truyền động này được ứng dụng trong các thiết bị chống cháy, nổ hoặc chịu các điều kiện khó khăn như nhiệt độ cao.

Cơ cấp chấp hành áp điện

Một số vật liệu rắn như gốm phản ứng với điện tích bằng cách thu lại hoặc phóng to và tạo năng lượng khi có áp lực cơ học. Cơ cấu chấp hành áp điện dựa trên nguyên tắc đó để tạo ra chuyển động. Tuy nhiên, những chuyển động này được tạo ra song song với điện trường. Hạn chế của cơ cấu áp điện là chỉ di chuyển được vài micron tại một thời điểm, nghĩa là chúng chỉ di chuyển khoảng 5% so với chiều dài thực.

Cơ cấu chấp hành tuyến tính điện

Cũng như tên gọi của chúng, thiết bị này sử dụng nguồn điện để tạo ra chuyển động theo một đường thẳng. Chúng hoạt động dựa trên một piston qua lại theo tín hiệu điện. Cơ cấu chấp hành tuyến tính điện được dùng cho các chuyển động như: kéo, nâng lên, hạ xuống, đẩy ra, kẹp, chặn,…

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Thiết bị bao gồm một động cơ tạo ra chuyển động quay tốc độ cao và hộp số làm chậm tác động. Hoạt động này khiến tăng mô-men xoắn, biến thành trục vít bị dẫn, tạo ra chuyển động thẳng của trục quay hoặc đai ốc truyền động.

Tùy theo nhu cầu sử dụng, nhà sản xuất sẽ thiết kế bộ truyền động khác nhau bằng cách tăng hoặc giảm chiều dài trục. Ngoài ra, với những bánh răng khác nhau, bộ truyền sẽ có tốc độ khác nhau. Tóm lại, lực càng giảm thì tốc độ quay của trục vít càng lớn.

Khi công tắc ở trục truyền động sơ cấp hoàn thiện, quá trình xoắn sẽ diễn ra đến cuối chuyển động. Đến khi vòng quay kết thúc, công tắc sẽ tự ngắt nguồn động cơ.

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành được thiết kế theo nhiều phiên bản khác nhau tùy vào mục đích sử dụng. Nếu bạn muốn tối ưu hóa chi phí hệ thống, cải thiện độ bền và giảm độ phức tạp trong quy trình làm việc, cơ cấu chấp hành chính là sự lựa chọn tuyệt vời dành cho bạn!

Những câu hỏi thường gặp về cơ cấu chấp hành

Thế nào là cơ cấu chấp hành IoT?

Cơ cấu chấp hành (bộ truyền động) IoT là thiết bị có khả năng thay đổi một hoặc nhiều thuộc tính của một thực thể vật lý để đáp ứng với thông tin nhận được.

Tốc độ của cơ cấu chấp hành giống nhau không?

Câu trả lời là “Không!”. Mỗi thiết bị truyền động sẽ có tốc độ khác nhau tùy theo trọng lượng của tải trọng. Về cơ bản, tốc độ có chiều hướng giảm mạnh khi trọng lượng càng cao. Vậy nên, để biết số liệu tốc độ, đầu tiên bạn cần dựa trên thiết bị khi chúng không mang tải trọng.

Thế nào là mô-men xoắn?

Đối với cơ cấu chấp hành, mô-men xoắn là nhân tố quan trọng nhất cần xem xét trong hoạt động của thiết bị. Bạn cần lưu ý, chỉ số mô-men xoắn được chia làm hai loại: tải trọng tĩnh và tải trọng động. Trong đó, tải trọng tĩnh đề cập đến công suất của bộ truyền động khi nó đang ở trạng thái nghỉ. Còn chỉ số tải trọng động liên quan đến công suất mô-men xoắn của thiết bị khi nó chuyển động.

Ứng dụng của cơ cấu chấp hành?

• Trong nhà máy: thiết bị cắt chuyển động lên/xuống, van điều khiển dòng chảy của nguyên liệu thô
• Công nghiệp sản xuất: robot và cánh tay robot sử dụng hệ thống truyền động để chuyển động theo đường thẳng
• Thiết bị gia dụng: TV được đặt ở độ cao tối ưu, thang máy điều chỉnh được độ cao theo nhu cầu của người dùng, tấm che cửa sổ tự động
• Công nghiệp năng lượng mặt trời: tấm pin di chuyển theo hướng ánh sáng mặt trời

Hình ảnh minh họa cơ cấu chấp hành

Mọi thắc mắc và góp ý liên quan, xin vui lòng liên hệ ngay Tino Group để được tư vấn chi tiết hoặc Fanpage để cập nhật những thông tin mới nhất nhé!

Tinh gọn quy trình – chạm đỉnh doanh thu – Tino Group tự tin đồng hành cùng doanh nghiệp Việt trên hành trình chuyển đổi số!

Nguồn: https://truongxaydunghcm.edu.vn/