************

PROIECT

REALIZAT ÎN SCOPUL CERTIFICĂRII COMPETENŢELOR PROFESIONALE ÎN VEDEREA OBŢINERII CERTIFICATULUI DE

CALIFICARE PROFESIONALĂ NIVELUL 32010-2011

Filiera: TEHNOLOGICĂProfil: TEHNICCalificarea: TEHNICIAN MECATRONIST

TEMA PROIECTULUI

ACTUATORI IN MECATRONICA

ÎNDRUMĂTOR PROFESOR: ing. ************

CANDIDAT ELEV: *************

CLASA: XII B – RUTA DIRECTĂ

2011

CUPRINSARGUMENT……………………………………………………………… 2

1.Tehnologie în societatea informaţională……………………........ 3

2.Mecatronica – tehnologia viitorului…………………………….. 3

2.1Noţiuni generale…………………………………………. 32.2 Produse mecatronice…………………………………… 4

2.3 Integronica şi Mecatronica…………………………… 5

3.Actuatori ………………………………………………………… 6

3.1 Clasificarea actuatorilor ……………………………………… 8

3.2 Principii de funcţionare a actuatorilor…………………………9

3.2.1 Actuatori electrici ………………………………………9

3.2.2 Actuatori electromecanici …………………………… 10

3.2.2 Actuatori electromecanici …………………………… 11

3.2.4 Actuatori hidraulici şi pneumatici …………………… 13

3.2.5 Actuatori din materiale inteligenţe…………………… 14

BIBLIOGRAFIE......................................................................... ......... 17

1

ARGUMENT

Tot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tehnicitate, este produs mecatronic. Mecatronica este rezultatul evoluţiei fireşti în dezvoltarea tehnologică. Tehnologia electronică a stimulat această evoluţie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanică. Tehnologia mecatronică aduce în centrul atenţiei problema informaţiei care, este componenta dătătoare de ton în raport cu materialul şi energia. Actuatorii sunt elemente de actionare (motor electric, electromagnet) folosit la sistemele automate pentru executarea comenzilor. Tot odata actuatorii reprezinta partiile sistemelor megatorinice care primesc instructiuni de comanda si produc modificari in sintemul fizic prin generare de forta, miscare, caldura, debit . Actuatorii se clasifica din punct de vedere al tipului de energie in : electrici, electromagnetici, electromecanici, pneumatici si hidraulici. Principiile de functionare a acutuatorilor sunt urmatoarele :Actuatori electrici reprezinta cea mai buna alegere ca actuatori pentru comenzi pornit/oprit.Actuatori electromagnetici sunt solenoizii iar acestia sunt cei mai comuni actuatori electromagnetici. Actuatori electromecanici sunt motoarele electrice care transforma energia electrica in energie mecanica.Actuatorii hidraulici si pneumatici in mod obisnuit, actuatorii hidraulici si cei pneumatici sunt de tip motor rotativ, motor liniar piston/cilindru sau distribuitor , acestia reprezentand alegerea potrivita in cazul in care se doresc sarcini si curse de valori midi si mari.Actuatori din materiale inteligente sunt cei mai utilizati actuatori care sunt fabricati folosind materiale inteligente care au proprietatea memorarii formei, piezoelectrice si magnetostrictive. Diversitatea fenomenelor fizice care stau la baza materializării constructive a actuatorilor deschide noi orizonturi în cercetările privind proiectarea, realizarea şi utilizarea acestora, stimulează luarea în considerare a unor noi principii fizice şi căutarea a noi materiale cu proprietăţi deosebite prin intermediul cărora să se răspundă cerinţelor de acţionare din domeniul ingineriei mecanice.

2

1.Tehnologie în societatea informaţională

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, o combinaţie sinergetică între mecanica de precizie, sistemele electronice de comandă şi control şi informatică, ce serveşte proiectării, realizării, punerii în funcţiune şi exploatării de sisteme automate inteligente.  Conceptul de mecatronică s-a născut în Japonia la începutul deceniului al optulea al secolului trecut. Termenul în sine a fost brevetat de către concernul Yaskawa Electric Co. şi a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologică:

MECANICĂ– ELECTRONICĂ– INFORMATICĂTot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tehnicitate, este produs mecatronic. Mecatronica este rezultatul evoluţiei fireşti în dezvoltarea tehnologică. Tehnologia electronică a stimulat această evoluţie. Dezvoltarea microelectronicii a permis

integrarea electromecanică. În următoarea etapă, prin integrarea microprocesoarelor în structurile electromecanice, acestea devin inteligente şi astfel s-a ajuns la mecatronică.

Tehnologia mecatronică aduce în centrul atenţiei problema informaţiei care, este componenta dătătoare de ton în raport cu materialul şi energia.

Această poziţie a informaţiei este motivată de către japonezi prin următoarele argumente: informaţia asigură satisfacerea nevoilor spirituale ale omului; numai informaţia creşte valoarea nou adăugată a tuturor lucrurilor; informaţia înseamnă cultură.

2.Mecatronica – tehnologia viitorului

2.1Noţiuni generaleProduse şi sisteme mecatronice

Automobilul modern Sisteme de transport inteligent Roboţii şi robotica Tehnica de calcul Aparatură biomedicală Aparatură pentru domeniile de biologie, morfologie şi seismologie; Aparatură pentru controlul şi evidenţa parametrilor mediului. Aparatură electrocasnică Maşinile agricole moderne Aparatură cine-foto şi audio-video Aparatură de cercetare

3

Evoluţia sistemelor mecatronice (micromecatronică, nanomecatronica, biomecatronica)Cum ar arăta un nanorobot ?Unde se poate aplica nanotehnologia ?Nanoroboţii – sau despre cum ar putea arăta medicina viitorului.Progresele care se înregistrează în domeniul medical în ultimii ani sunt de necontestat.

Oriunde privim – genetică, imunologie, microbiologie, farmacologie - informaţiile, descoperirile, realizările se succed şi circulă cu viteză ameţitoare.

Cunoaşterea şi explicarea unor fenomene, concomitent cu aplicarea unor metode şi mijloace adecvate de tratament, au fost posibile datorită dezvoltării tehnologiei şi invers, pe măsură ce mijloacele tehnice şi metodele moderne de investigare se dezvoltă, sporeşte şi volumul datelor, al informaţiilor, al cunoştinţelor dintr-un domeniu sau altul.

Dacă până acum tendinţa generală era de a dezvolta aceste mijloace şi metode în afara noastră, apar acum domenii revoluţionare în medicină, care îşi propun să acţioneze mult mai rapid şi eficient, direct în interiorul organismului nostru.

Dermatologie – pentru refacerea ţesutului cutanat, îndepărtarea celulelor moarte, curăţarea în profunzime a pielii;

Stomatologie – prezenţa unor nanoroboţi în cavitatea bucală, care să distrugă bacteriile şi tartrul;

Imunologie – nanoroboţi capabili să identifice şi să distrugă bacterii şi viruşii;Hematologie – nanoroboţi care, odată ajunşi în sânge, să distrugă depozitele arterosclerotice

din vasele de sânge, să repare pereţii vaselor lezate, să distrugă trombusurile, etc.Oncologie – distrugerea unor procese tumorale, concomitent cu oferirea unor informaţii

referitoare la volumul tumorei, cantitatea rămasă, cantitatea distrusă, natura ei; Farmacologie – transportul unor substanţe medicamentoase în anumite regiuni ale corpului, bine definite. schimbă informaţii referitoare la statusul lor în acel moment.

Comunicarea cu nanoroboţii, din interior spre exterior şi invers, se face prin semnale acustice, asemănător ca principiu şi mod de funcţionare cu ultrasunetele.

Nanoroboţii vor putea distinge categorii de celule ale organismului – gazdă în urma analizării antigenelor de suprafaţă ale acestora, pe baza unor senzori.

2.2 Produse mecatronice   Definiţia mecatronicii

"Aplicarea unui plan complex de decizii pentru conducerea sistemelor fizice". Acestă formulare este o generalizare a unei definiţii mai vechi a mecatronicii conform

căreia sistemele mecanice sunt conduse pe baza deciziilor furnizate de sistemele electronice, digitale şi analogice. Odată cu apariţia calculatorului ca obiect preferat de conducere, definiţia a trebuit să fie extinsă. A devenit evident că o varietate mai largă de sisteme fizice pot executa mişcări.

Practic tot ceea ce numim produs de înaltă tehnicitate este produs mecatronic. Automobilul modern, roboţii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicaţii, aparatura biomedicală, sistemele de transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura electrocasnică, aparatura cine-foto şi audio-video, maşinile agricole moderne etc., sunt exemple reprezentative de produse mecatronice.

Produse mecatronice din domeniul transporturilor

4

Produse mecatronice din domeniile: a) – sisteme de comunicatii, b) – robotica, c) - ingineria reabilitarii, d) – robotica medicala

Mecatronica s-a născut în mediul industrial. Principiile mecatronicii sunt:- hands on – prezenţa palpabilă a obiectului de studiu;- learning by doing – învăţarea prin practică- interaction – interacţiunea sistemelor mecanice, electronice, informatice.Laboratoarele interdisciplinare de mecatronică constituie baza pentru materializarea

principiilor: “educaţie prin practică”, “educaţie prin cercetare”.Aflată la intersecţia unor domenii ale ştiinţei cu performanţe de vârf în implementarea

noilor tehnologii, mecatronica abordează concepte şi sisteme noi în ingineria micro şi nano senzorilor şi sistemelor de acţionare, materiale şi compozite pretabile pentru implementări la scară celulară sau atomică, structuri celulare şi reţele neuronale, sisteme ce prefigurează conceptele de nanoelectronică capabile să producă viitoarele nano-procesoare, noi concepte ale inteligenţei artificiale privind adaptibilitatea, capacitatea de a raţiona, capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere axându-se în special pe controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv, inteligent, sisteme expert şi neuro-fuzzy etc.

2.3 Integronica şi MecatronicaIntegronica este ştiinţa proceselor de integrare şi a sistemelor hiperintegrate, aşa cum este

organismul uman. Ea ţine seama de unitatea indisolubilă a lumii în care trăim şi necesitatea unei perspective unice asupra acestei lumi.

Unitatea ştiinţă, literatură, artă, tehnologie, se realizează în cadrul definit de matematică, cibernetică şi filosofie.

La baza integronicii se află nu numai unitatea lumii înconjurătoare ci şi unitatea gnoseologică, a cunoaşterii de către subiect a acestei lumi. Pentru că nu se poate vorbi de o cunoaştere fizică, chimică şi nici chiar despre o cunoaştere ştiinţifică sau artistică, cunoaşterea umană fiind unitară.

5

Personalitatea unui individ nu depinde atât de lărgimea orizontului şi de bogăţia cunoştinţelor sale, cât de modul în care le organizează şi le integrează, integrarea fiind mai importantă decât volumul şi bogăţia cunoştintelor sale.

Prin comparaţie cu teoria sistemelor şi cibernetica care studiază sistemele gata formate, integronica ţine seama de modul în care sistemele se constituie şi se dezvoltă.

În acest context mecatronica poate fi considerată ca o viziune integronică în tehnologie.Problema integrării este esenţială în mecatronică. În realizarea diferitelor produse şi

sisteme, trebuie găsite soluţii specifice pentru integrarea componentelor: mecanica-electronica-informatica.

Până în prezent sunt validate două soluţii: integrarea în modul hardware şi integrarea în modul software.

Integronica aduce în atenţie noi soluţii de integrare ca: integrarea genetică, integrarea prin dependenţă, integrarea prin alegere, etc.

În acest sens, este important de înţeles că integrarea este un proces firesc în natură. Pentru această natură a creat forme şi structuri specifice care favorizează integrarea.

Integrarea este însoţită de procesul de superizare, deoarece întregul, sistemul are proprietăţi emergente pe care nu le au componentele (celulele se înmulţesc, macromoleculele nu au această proprietate).

Mecatronica a deschis orizonturi nebănuite în toate domeniile, datorită stimulării efectului de sinergie.

Prin faptul că informaţia este componentă dătătoare de ton în mecatronică, impactul tehnologiei depăşeşte sfera economicului, fiind esenţial în domeniile social, cultural, etc.

Aceasta explică interesul deosebit la nivelul ţărilor comunitare de a lansa iniţiative şi a dezvolta programe speciale pentru acest domeniu. Demersurile întăresc convingerea că în societatea informaţională, relevanţa culturală depinde de performanţele tehnice, tehnologice.

3.Actuatori

Actuatorii reprezintă “muşchii” sistemelor mecatronice care primesc instrucţiuni de comandă (de cele mai multe ori sub formă de semnal electric) şi produc modificări în sistemul fizic prin generare de forţă, mişcare, căldură, debit etc.

6

În general actuatorii sunt utilizaţi împreună cu o sursă de energie şi un mecanism de cuplare (cuplaj) (fig.1).

Fig.1. Unitatea de acţionareSursa de energie poate fi de curent alternativ (CA) sau continuu (CC), la tensiunea şi

intensitatea nominală. Mecanismul de cuplare reprezintă interfaţa dintre actuator şi sistemul fizic. Cele mai tipice mecanisme de cuplare sunt: angrenaje cremalieră-roată dinţată (fig.2),

angrenaje pinion-roată dinţată (fig.3), transmisii cu curele (fig.4), şurub conducător-piuliţă (fig.5), mecanisme cu pârghii (fig.6) etc.

Fig.2. Angrenaj cremalieră-roată dinţată

Fig.3. Angrenaj pinion-roată dinţată

Fig.4. Transmisie cu curea Fig.5. Şurub conducător-piuliţă

7

Fig.6. Mecanism cu pârghii

3.1 Clasificarea actuatorilor

D.p.d.v. al tipului de energie actuatorii se clasifică în: electrici, electromecanici, electromagnetici, hidraulici şi pneumatici.

ACTUATORI CARACTERISTICIActuatori electrici

Diode, tiristori, tranzistori bipolari, triac, diac, tranzistori cu efect de câmp din oxid-metal-semiconductor, relee semiconductoare etc.

răspuns de frecvenţă foarte înalt, consum foarte mic de putere (energie electrică).

Actuatori electromecanici

Motoare de curent continuu

Cu bobinaj

Cu excitatie separata

turaţia poate fi reglată prin variaţia tensiunii

Sunt turaţie constantăCu excitatie in serie

momentul de torsiune la pornire mare, acceleraţie a momentului mare, turaţii mari la încărcări mici

Cu excitatie mixta

momentul de torsiune la pornire mic, reglare precisă a turaţiei, instabilitate la încărcări mici

Cu magneti permanenti Conventional randament mare, putere mare, răspuns rapid

Cu bobina mobile

randament mare, inductanţă mai maică decât cel convenţional

De torsiune proiectat pentru a funcţiona perioade de timp în regim de stagnare sau turaţie mică

cu comutaţie electronică (fără perii colectoare)

răspuns rapid, randament mare, durabilitate şi fiabilitate mare, silenţios

Motoare de curent alternativ

asincron (inducţie) cel mai răspândit în industrie, simplu, robust, ieftin

sincron randament mare într-un domeniu larg de turaţiei şi încărcare, presupune un sistem adiţional de pornire

universal funcţionează atât în curent continuu cât şi alternativ, are un raport putere-masă foarte mare, durabilitate mică

8

Motoare pas cu pas

hibrid transformă impulsurile electrice în mişcare mecanică, asigură o poziţionare precisă fără a fi nevoie de feedback

cu reluctanţă variabilă fiabilitate micăElectromagnetici

Dispozitive tip solenoid forţe mari, durabilitate micăElectromagneţi, relee Pornire/oprireMotoare hidraulice

Cu piston indicate pentru mişcări liniareCu roti dintate domeniu larg de turaţie Cu palete Puteri mari de iesireCu pistonase radiale si axiale Fiabilitate mare

Motoare pneumatice

Rotative Sunt sigureCu piston Fiabilitate mica

Supape De control directionalDe control al presiuniiDe control al proceselor

Din materiale inteligentePiezoelectrice şi electrostrictive frecvenţă mare, deplasări mici, tensiuni

mari şi curenţi mici de excitaţie, rezoluţie mare

Magnetostrictivi frecvenţă mare, deplasări mici, tensiuni mari şi curenţi mici de excitaţie

Materiale cu memorie frecvenţă mare, deplasări mici, tensiuni mari şi curenţi mici de excitaţie

Micro si nanoMicromotoare Pentru microsistemeMicrosupapeMicropompe poate fi utilizat orice material inteligent

Actuatorii pot fi clasificaţi şi în funcţie de numărul de stări stabile ale semnalului de ieşire: binari şi continui.

Releul reprezintă un exemplu de actuator binar (pornire/oprire).

Un motor pas cu pas este un actuator continuu; când este folosit pentru controlul poziţiei, motorul pas cu pas produce un semnal de ieşire stabil, cu o mişcare incrementală de valori mici.

3.2 Principii de funcţionare a actuatorilor

3.2.1 Actuatori electrici

Comutatoarele electrice reprezintă cea mai bună alegere ca actuatori pentru comenzi (acţiuni) pornit/oprit.

Comutatoarele electrice cum ar fi diodele, tranzitorii, triacii, tranzistori cu efect de câmp din oxid-metal-semiconductor, relee semiconductoare acceptă comenzi cu nivele de energie minimă de la controlere. Acestea pot comanda (porni/opri) dispozitive electrice, cum ar fi motoare şi supape electrice.

De exemplu, în cazul unui tranzistor cu efect de câmp din oxid-metal-semiconductor (fig.7), electrodul poartă primeşte o comandă cu un nivel de energie minim de la controler care realizează sau întrerupe legătura dintre sursa de putere şi actuator.

9

Fig.7. Tranzistor cu efect de câmp din oxid-metal-semiconductor

3.2.2 Actuatori electromecanici

Cei mai comuni actuatori electromecanici sunt motoarele electrice care transformă energia electrică în energie mecanică. În linii mari, motoarele electrice se împart în motoare electrice de curent continuu, de curent alternativ şi pas cu pas.

Turaţia motoarelor de curent continuu poate fi modificată prin variaţia tensiunii de alimentare. Aria lor de aplicabilitate merge de la acţionarea cilindrilor de laminor, unde sunt necesare mii de cai putere, până la sutimi de cai putere necesare motoarelor de dimensiuni mici folosite la acţionarea unor dispozitive ale automobilelor.

Principalele dezavantaje sunt preţul de cost, necesitatea utilizării unor surse de curent continuu şi nevoia unei întreţineri mai atente.

Ecuaţia de mişcare a unui motor de curent continuu este:

unde: T este momentul de torsiune total;

J este momentul de inerţie total;

ω este viteza unghiulară;

Tu este momentul la arborele de ieşire a motorului;

Tp este momentul de torsiune corespunzător pierderilor (frecare).

Motoarele electrice de curent alternativ folosesc energie din reţeaua clasică, sunt mai ieftine, mai fiabile şi nu necesită colectori şi comutatori. Se clasifică în motoare asincrone, sincrone şi universale.

Motoarele asincrone au o construcţie simplă, robuste şi nu necesită o întreţinere deosebită. Se fabrică într-o gamă largă de dimensiuni şi forme în funcţie de numărul de faze folosit. Motorul asincron trifazic este unul de putere mare sau foarte mare, fiind folosit în industrie. Motorul asincron bifazic se utilizează în multe cazuri în sistemele de control. Cel monofazic are aplicabilitate în special domeniul electrocasnic.

10

Motoarele sincrone se caracterizează printr-un randament mare, aşa că sunt folosite în industrie pentru a reduce consumul de energie electrică.

Motorul universal funcţionează atât în curent continuu cât şi alternativ, are un raport putere-masă foarte mare, dar o durabilitate mică.

Motorul electric pas cu pas reprezintă un dispozitiv de poziţionare discretă (incrementală), care se deplasează cu un pas la fiecare impuls al semnalului de comandă. Deoarece permit comandă digitală directă şi produc o mişcare mecanică, motorul pas cu pas este folosit aproape exclusiv în sistemele de control. Puterea lor este mică.

În figura 8 este prezentat un motor pas cu pas unipolar. Înfăşurarea (bobina) 1 trece prin polul superior şi inferior al statorului, iar înfăşurarea 2 prin polii din stânga şi dreapta. Rotorul este un magnet permanent cu 6 poli, rezultând un unghi al pasului de 300.

Alimentând cu energie electrică înfăşurarea 1 astfel încât partea superioară a statorului să devină pol nord, iar partea inferioară pol sud, poziţia rotorului este cea din figură.

Dacă se opreşte alimentarea înfăşurării 1, şi se alimentează înfăşurarea 2 astfel încât partea dreaptă a statorului să devină pol sud iar cea stângă pol nord, rotorul execută o mişcare de rotaţie în sens orar cu un unghi de 300.

Dacă alimentarea se realizează astfel încât partea dreaptă este pol nord, iar cea stângă pol sud, sensul de rotaţie va fi cel trigonometric.

Fig.8. Motor unipolar pas cu pas

În funcţie de forma impulsului, motorul poate executa mişcări secvenţiale sau continue cu viteza dorită.

3.2.3 Actuatori electromagnetici

Cei mai comuni actuatori electromagnetici sunt solenoizii. Aceştia pot fi de translaţie (liniari) sau de rotaţie.

Un actuator tip solenoid liniar de curent continuu constă dintr-un miez de fier înconjurat de o înfăşurare dintr-un conductor electric (sârmă de Cu) şi un plunger feromagnetic mobil (fig.9).

Fig.9. Schema de principiu a unui solenoid

11

Când înfăşurarea este alimentată, se creează un câmp magnetic care va da naştere unei forţe electromotoare ce va pune în mişcare plungerul.

Plungerul se va deplasa astfel încât înlănţuirea fluxului magnetic să crească, închizându-se astfel spaţiul gol dintre plunger şi miezul de Fe (δ→0).

Forţa magnetică rezultată este aproximativ proporţională cu pătratul curentului aplicat i şi invers proporţional cu pătratul distanţei δ, care reprezintă cursa actuatorului.

Revenirea plungerului în poziţia iniţială după încetarea alimentării solenoidului se realizează fie datorită greutăţii piesei acţionate sau a încărcării, fie prin intermediul unui resort (arc) care este parte componentă a actuatorului.

În figura 10 sunt prezentaţi solenoizi de tip tragere şi împingere.

Fig.10. Solenoizi de tip “tragere” şi “împingere”

Un solenoid de rotaţie este prezentat în figura 11. Principiul de funcţionare al unui astfel de actuator se bazează pe transformarea mişcării de translaţie în mişcare de rotaţie prin intermediul unor bile de rulment care se deplasează pe căi de rulare înclinate.

Când înfăşurarea este alimentată, ansamblul plungerului este atras de către stator şi rotit după un arc de cerc care depinde de forma căii de rulare (fig.12)

Fig.11. Solenoid de rotaţie

Fig.12. Funcţionarea solenoidului de rotaţie

12

Un alt tip de actuator electromagnetic este cel cu bobină (înfăşurare) mobilă. Iniţial, a fost utilizat la fabricarea difuzoarelor.

În prezent este folosit pentru acţionarea capetelor de citire/scriere ale hard discurilor. Un astfel de actuator constă dintr-o bobină mobilă şi un magnet permanent (fig.13).

Fig.13. Actuator cu bobina mobila

Atunci când un curent i trece prin înfăşurarea mobilă, apare forţa F (forţa Lorentz):

unde B este fluxul magnetic.

Deoarece în majoritatea cazurilor, actuatorul este astfel proiectat încât vectorul flux magnetic Bsă fie perpendicular pe direcţia vectorului intensitate i, rezultă că:

unde: este factorul de utilizare a bobinei, N este numărul de spire, l este lungimea unei spire. γ

Se observă că forţa este proporţională cu intensitatea i, factorul Kf poartă numele de constanta de forţă.

3.2.4 Actuatori hidraulici şi pneumatici

În mod obişnuit, actuatorii hidraulici şi cei pneumatici sunt de tip motor rotativ, motor liniar piston/cilindru sau distribuitor. Aceştia reprezintă alegerea potrivită în cazul în care se doresc sarcini şi curse de valori medii şi mari.

Actuatorii pneumatici folosesc aer sub presiune şi sunt folosiţi în cazul în care sunt necesare sarcini de valori medii, curse mai scurte şi viteze foarte mari.

Actuatorii hidraulici sunt acţionaţi cu ajutorul uleiurilor hidraulice care au proprietatea de a fi incompresibile. Se pot obţine sarcini (forţe şi momente) de valori foarte mari şi curse mari. Singurul dezavantaj al actuatorilor hidraulici este reprezentat de complexitatea lor, care presupune o întreţinere mai atentă.

În figura 14 este prezentată schema de principiu a unui sistem de acţionare fluidică.

Partea de acţionare constă dintr-un actuator tip motor hidraulic cu dublă acţiune care este alimentat prin intermediul unui distribuitor, care reprezintă interfaţa sistemului.

13

Fig.14. Sistem de acţionare fluidică

Distribuitorul schimbă direcţia de deplasare a pistonului actuatorului, în funcţie de semnalul de comandă primit de la sistemul de comandă, care la rândul său ia decizia în funcţie de semnalul primit de la senzori.

În figura 15 este prezentat schema de acţionare a motorului hidraulic piston/cilindru cu ajutorul unui distribuitor hidraulic comandat prin intermediul unui actuator tip solenoid.

Fig.15. Distribuitor cu acţionare electromagnetica

3.2.5 Actuatori din materiale inteligenţe

Cei mai utilizaţi actuatori care sunt fabricaţi folosind materiale inteligente sunt cei din materiale cu memoria formei, piezoelectrice şi magnetostrictive.

Materialele cu memoria formei sunt aliaje din nichel şi titan care au proprietatea de a suferi transformări de fază atunci când sunt supuse unei creşteri a temperaturii. Un asemenea material, la temperatura mediului ambiant este maleabil, fiind astfel posibilă schimbarea formei. Când materialul este încălzit la o temperatură superioară celei critice, materialul revine la forma iniţială, care a fost obţinută la temperaturi înalte (fig.16).

Fig.16. Fazele schimbării formei

Actuatorii din materiale piezoelectrice se bazează pe proprietatea acestor materiale de a-şi modifica dimensiunile când sunt supuse unei diferenţe de potenţial. Diferenţa de tensiune se aplică materialului piezoelectric prin intermediul unor pelicule conductoare. În funcţie de polaritate cristalele materialului se dilată sau se comprimă (fig.17).

14

Fig.17. Actuator piezoelectric

Forţa specifică produsă de un actuator piezoelectric se calculează cu relaţia:

unde reprezintă coeficientul de elasticitate sub un câmp electric constant, ε este deformaţia, e este permeabilitatea electrică şi E câmpul electric. Ec

Materialele magnetostrictive sunt aliaje ale fierului cu terbiul şi disprosiul (lantanide) care prezintă proprietatea de a se deforma sub acţiunea unui câmp magnetic. În figura 18 este prezentată schema de principiu al unui astfel de actuator.

Fig.18. Actuator magnetostrictiv tip tijă

Deformaţia este dată de relaţia:

HSdε=σ+ (6)

unde este deformaţia, reprezintă elasticitatea sub un câmp magnetic constant, εHSσ este efortul unitar, d este constanta magnetostrictivă, iar H reprezintă intensitatea câmpului magnetic.

Criterii de selecţie

Senzori Actuatori

Domeniul de măsurare: diferenţa dintre valoarea maximă şi cea minimă a parametrului înregistrat

Rezoluţia (precizia): cea mai mică variaţie a parametrului măsurat pe care senzorul o poate percepe.

Exactitatea: diferenţa dintre valoarea măsurată şi cea reală.

Fidelitatea: proprietatea de a furniza indicaţii foarte apropiate între ele la măsurarea repetată a aceluiaşi semnal de intrare, în aceleaşi condiţii de funcţionare.

Sensibilitatea: raportul între creşterea semnalului de ieşire şi creşterea

Puterea generată continuu: forţa sau momentul maxim generat continuu fără să se depăşească temperatura limită.

Domeniul de mişcare: domeniul deplasării liniare sau de rotaţie.

Rezoluţia: cel mai mic increment de creştere a forţei sau a momentului.

Exactitatea: liniaritate relaţiei dintre semnalul de intrare şi cel de ieşire.

Limita de forţă sau de moment: valoarea forţei sau momentului pentru care actuatorul se blochează.

Disiparea de căldură: disiparea de căldură

15

corespunzătoare a semnalului de intrare.

Eroarea de zero: valoarea de ieşire diferită de zero în lipsa semnalului de intrare.

Timpul de răspuns: interval de timp între momentul în care un semnal de intrare suferă o modificare şi momentul în care semnalul de ieşire atinge şi îşi menţine în limitele specificate valoarea sa finală în regim stabil.

Lărgimea de bandă: este dată de frecvenţa la care amplitudinea semnalului de ieşire scade cu 3dB în raport cu semnalul de intrare.

Rezonanţa: frecvenţa la care amplitudinea semnalului de ieşire prezintă un salt.

Temperatura de lucru: domeniul de temperatură pentru care senzorul funcţionează corect.

Banda de insensibilitate: domeniul de valori al semnalului de intrare pentru care nu există semnal de ieşire.

maximă, exprimată în watti, pe perioada de funcţionare continuă.

Caracteristica de viteză: variaţia forţei sau a momentului în funcţie de viteză.

Viteza la mersul în gol: viteza în absenţa încărcării.

Sursa de energie: tipul de energie, numărul de faze, tensiune, curent etc.

16

BIBLIOGRAFIE

1. Mătieş, V., Mândru, D., Kovacs, Ş. R., Bălan, R., Unciu, S. – Elemente de mecatronică pentru liceu, Editura EduSoft, Bacău, 2006;2. Mirescu, S. C., Mătieş, V., Mândru, D., Bălan, R., Tătar, O., Rusu, C. – Tehnologie şi educaţie mecatronică, Ghidul profesorului, Editura Economica, Bucureşti, 3. Mândru, D., ş.a., Acţionări în mecanica fina si mecatronică, Editura Alma Mater, Cluj-Napoca, 2004.4. Tătar, O., Mătieş, V., Mândru, D., Mini şi microroboţi, Editura Todesco, Cluj-Napoca, 2005.5. Tătar, O., Mândru, D., Lungu, I., Locomoţia biosistemelor - model de inspiraţie în mini / microrobotică, Annals of the University of Oradea, Fascicle of Management and Technological Engineering, vol. V(XV, 2006.

- Societatea Română de Mecatronică, Centrul de Cercetare Dezvoltare pentru Mecatronică – Revista Mecatronica, Bucureşti;- http://www.referatero.com; - Mecatronica şi roboţii industriali, http://referat.clopotel.ro;- Centrul Naţional de mecatronică, http://me.mecatronica.pub.ro; - Mecatronica, http://mecatronica.3x.ro; - Wikipedia – enciclopedia liberă - http://ro.wikipedia.org.

17