Täitur

See artikkel räägib automaatika mõistest; täituriks võidakse nimetada ka kohtutäiturit.

Täitur ehk aktuaator (inglise keeles actuator) on automaatjuhtimissüsteemi osa, mis regulaatorist saadava signaali järgi mõjutab juhitavat protsessi. Enamasti toimib täiturina ajam, mis muundab elektrilise, hüdraulilise või pneumaatilise energia nõutavaks liikumiseks. Täituriks võib olla elektriajam, hüdroajam või pneumomootor.

Ajami regulaatoriks on enamasti kontroller.

Täitureid liigitatakse selle järgi, mis tüüpi jõude nende ajamid kasutavad. Jõu tüüpe on neli: elektriline, pneumaatiline, hüdrauliline ja mehaaniline. Tüübid moodustatakse kahe energia kombinatsioonist, millest esimene on toitev jõud ja teine tulemusena saadud jõud. Näiteks elektromehaaniline täitur muudab elektrienergia mehaaniliseks tööks.

Elektriline täitur tegeleb elektrienergia muundamisega. Ühed levinumad on elektrienergiat mehaaniliseks energiaks muutvad täiturid, mida kasutatakse tavaliselt klappide avamiseks ja sulgemiseks. Vastavalt sellele võib neid veel jaotada mitme pöörde, osalise pöörde ja lineaarseteks täituriteks. Esimesed kaks tekitavad pöörlevat liikumist ja jaotuvad kaheks vastavalt selle kas nad suudavad teha täispöörde või ainult osalise pöörde. Lineaarne täitur suudab tekitada edasi-tagasiliikumist, tihti tänu kruvile, mida liigutab edasi-tagasi hammasratas. Seega lineaarne liikumine saavutatakse pöörleva liikumise edasimuundamisel.

Pneumaatilised täiturid kasutavad töötamiseks gaasi. Täituriks on tavaliselt pneumaatiline silinder. Kõige odavam gaas, mida kasutatakse, on tavaline õhk. Pneumaatiline silinder ise koosneb kambrist, milles on kokku pressitud gaas, kolvist, mida gaas mõjutab ja kolvi juures paiknevat väljalaskeavast. Kokku pressitud gaas suunatakse silindrisse, kus asub kolb. Gaas lükkab kolbi, kuna selles suunas avaldatakse gaasile kõige väiksemat vastupanu. Silindris on soovitud kaugusel väljalaskeava, mille kaudu saab gaas süsteemist väljuda. Seega lükkab gaas kolbi seni, kuni pääseb läbi ava süsteemist välja. Kui on vaja, et kolb ka tagasi liiguks, on silindri teises otsas kirjeldatuga sarnane süsteem, mis kokkupressitud gaasi abil lükkab kolvi tagasi algasendisse.

Hüdraulilise täituri ajamiks on hüdrauliline seade. Seadme ühele otsale rakendatakse jõudu ja see jõud kandub teise otsa, kasutades vedelikku, mida pole võimalik kokku suruda. Üks lihtsamaid selliseid lahendusi koosneb kahest kolvist, mis on omavahel ühendatud. Kui suruda alla ühte kolbi, pressib vedelik teise kolvi üles. Kasutades erineva läbimõõduga kolbe on võimalik jõudu ka suurendada, seda olukorras, kus võidetakse jõus teepikkuse arvelt.

Mehaaniline täitur teeb mehaanilist tööd välise energia abil. Saadav mehaaniline jõud on kas ring- või sirgjoonesuunaline.

• Nimivõimsus püsirežiimil (ingl continuous power output) – suurim võimsus, mida täitur saab arendada püsivalt ilma ülekuumenemiseta.
• Töövahemik (ingl range of motion) – sirgjoonelise või pöörleva liikumise vahemik.
• Diskreetsus (ingl resolution) – arendatava jõu väikseim samm.
• Täpsus (ingl accuracy) – sisendi ja väljundi muutumatu suhe.
• Maksimaalne jõud (ingl peak force) – täituri suurim arendatav jõud.
• Soojuse hajutamine (ingl heat dissipation) – suurim soojuse hajutamise võimsus püsirežiimil.
• Kiirusekarakteristik (ingl speed characteristic) – jõu ja kiiruse vahelise seose tunnusjoon.
• Tühijooksukiirus (ingl no load speed) – töökiirus koormusvabas olekus.
• Sagedusvahemik (ingl frequency response) – sageduse vahemik, milles väljund reageerib sisendile korralikult, st seade töötab normaalolekus. Kasutatav sirgjooneliselt liikuvatel täituritel.
• Toide (ingl supply) – toite tüüp (elektrivool, sururõhk jm), faaside arv, pinge, vool, sagedus.

Tegu on sirgelt liikuva täituriga. Silindris juhitakse suruõhku ainult ühele poole kolbi. Sellised silindrid on kasutusel juhtudel, kui on tarvis sooritada liikumist ainult ühes suunas. Kolvi tagasiliikumine toimub silindrisse sisseehitatud vedru mõjul. Tagastusvedru jõud määrab, kui kiirelt suudab kolb tagasi liikuda. Ühepoolse toimega silindritel on kolvi liikumisulatus piiratud tagastusvedru pikkusega ja ei ole üldjuhul suurem kui 100 mm. Seda tüüpi silindreid kasutatakse lukustamisel, kinnitamiseks, kokkusurumiseks, tõukamiseks, tõstmiseks, detailide etteandmiseks, jne. Seda tüüpi silindrid jaotuvad veel kaheks vastavalt sellele kas tööliikumine toimub sururõhu abil või vedru abil. Juhul, kui tööliikumine toimub vedru abil, viiakse kolb algasendisse gaasi abil ja vastupidi. Variante, kus tööliikumine toimub vedru abil ja tagasiviimine sururõhu abil, kasutatakse siis, kui on olemas sururõhu kadumise oht (autode ja rongide sururõhuga töötavad pidurid). On veel konstruktsiooniline eritüüpi ühepoolse toimega silinder – membraansilinder. Selles asendab kolbi kas kummi-, plastik- või terasmembraan. Kolvivars on kinnitatud membraani keskele. Sellistes silindrites puudub liugehõõre ja tekib ainult membraani deformatsioonist tekkiv elastsusjõud.

Kolvi liikumine silindris toimub sururõhuga mõlemas suunas. Kahepoolse toimega silindrid on kasutusel juhul, kui on vajalik sooritada kasulikku tööd mõlemas suunas. Kolvi liikumisulatus on kahetoimelisel silindril praktiliselt piiramatu.

Erinevalt lineaarsetest täituritest on pöördsilindris kolvi asemel laba. Pöördsilindris on võimalik suunata suruõhku mõlemale poole laba, ehk see suudab teha kasulikku tööd mõlemas suunas. Standardsed pöördenurgad on 45°, 90°, 180° ja 270°. Pöördenurga reguleerimiseks on olemas reguleerimiskruvid.

Tegu on lineaarliikumist tekitava seadmega. Töötamiseks voolab vedelik ühele poole kolbi. Vastujõu tõttu tõuseb silindris rõhk. Kui töövedeliku rõhust tulenev jõud kolvipindalale ületab vastujõu, siis hakkab kolb silindris liikuma ning kolvivars väljub silindrist. Tulemusena saame mehaanilise töö. Tagasiliikumiseks suletakse kõigepealt vedeliku juurdevool, kolvis juba olemas olev vedelik aga suunatakse väljavoolupaaki. Kolvi tagasiliikumist mõjutab nüüd sellele mõjuv koormusvedru või välise koormuse raskus. Mida suurem on kolbi tagasi lükkav jõud, seda kiiremini voolab vedelik tagasivoolu paaki ja seda kiiremini saab kolb liikuda tagasi algasendisse.

Kahepoolse toimega silinder võimaldab teha tööd kahes vastastikuses suunas. Kolbi töö tegemise protsess on täpselt sama, mis ühepoolse toimega silindril, ainult nüüd kasutatakse kolvi tagasi toomiseks samuti hüdraulilist vedelikku.

Elektrimootorid koosnevad paigalseisvast staatorist ja pöörlevast rootorist. Staatoris tekitatakse pöörlev magnetväli, mis on vajalik rootori pöörlema panemiseks. Rootor pöörleb laagritele toetuval võllil. Staatori ja rootori vahel eksisteerib õhupilu, mille kaudu suundub magnetväli staatorist rootorisse. Mootori pöörlemiseks on vaja tekitada pöördemoment. Pöördemomendi tekitamiseks on vaja vooluga juhti ja magnetvälja. Kui asetada magnetvälja raam ning lasta sellest läbi elektrivool, siis mõjub raamile jõud, mis paneb selle pöörlema ümber laagritele asetatud telje. Toitepinge tüübi järgi saab elektrimootoreid liigitada veel kolmeks: alalisvoolumootorid, vahelduvvoolumootorid ja impulsstoitega mootorid.

 Pikemalt artiklis Elektrimootor

Solenoid on elektromagnet, mida kasutatakse elektrienergia muutmiseks mehaaniliseks tööks. Põhiliseks osaks on tihedalt toruks kokku keritud traat, mis muutub voolu rakendamisel magnetiks. Lisaks on traadist mähise sisse paigutatud veel paramagnetilisest või ferromagnetilisest materjalist (tavaliselt pehmest rauast) südamik. Südamik kontsentreerib mähise tekitatava magnetvälja, muutes seda palju tugevamaks.

 Pikemalt artiklis Solenoid

Solenoidmähisest tekkiv jõud mõjub ainult ühes suunas ja tagasiliikumine toimub mehaaniliselt, näiteks vedru abil. Tal on kolm tähtsat tunnust: käigupikkus, jõud ja töötsükkel. Käigupikkus on vahemaa, mille võrra solenoidi südamik liigub. Jõudu võib mõõta nii liikumise alguses, lõpus kui ka kogu protsessi vältel. Alati on liikumise lõpul genereeritav jõud suurem kui alguses. Töötsükkel on protsent, mis näitab, kui palju aega kulutab solenoid oma kasuliku liikumise peale kogu töötsükli vältel.

Seade võimaldab kahes suunas lineaarliikumist, selle jaoks on täituril kaks mähist. Et mähised võimaldaksid erisuunalist liikumist, kasutatakse tavaliselt kahte erineva polaarsusega mähist.

Bistabiilset solenoidi iseloomustavad tema liikumistrajektooril asuvad kaks stabiilset positsiooni. Solenoidmähise konstruktsioonis on püsimagnetid, mis võimaldavad südamikul kindlat positsiooni säilitada ka pärast elektriimpulsi lõppemist. Esimeseks stabiilseks asendiks on olukord, kus solenoid on voolu all ja südamik on täielikult välja lükatud. Teine asend on ilma vooluta olek, kui püsimagnetid hoiavad südamikku selleks ette nähtud kohal.

On olemas nii ühesuunalise pöördliikumisega solenoidid kui ka kahesuunalise pöördliikumisega solenoidid. Mõlema liikumist on võimalik määrata solenoidi mähise keerdude arvuga. Ühesuunalise solenoidi arendatav jõud on ühesuunaline ja algasendisse minek toimub mehaaniliselt. Tema maksimaalne pöördenurk on tavaliselt 95°. Kahesuunaline võimaldab mõlemas suunas liikumist. See seade koosneb kahest poolist – üks ühesuunalise ja teine vastassuunalise liikumise jaoks. Tema pöördenurk ei ületa tavaliselt 45°.

Hoidesolenoidil puuduvad liikuva südamikuga elektromagnetid, selle asemel on nad suure hoidejõuga. Nad leiavad kasutust uste sulgemisel – näiteks turvaustes kasutatakse üle 700 kg hoidejõuga magneteid.

• Automaatne juhtimissüsteem
• Servojuhtimine
• Juhtmevaba toitega täitur

• Täiturid