Actuator là gì? Tìm hiểu vai trò và ứng dụng của thiết bị truyền động

Actuator là gì? Đây là thiết bị truyền động chuyển đổi năng lượng thành chuyển động cơ học, đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa, công nghiệp, y tế và ô tô. Tìm hiểu định nghĩa, các loại actuator và ứng dụng thực tiễn trong bài viết chi tiết này!

Mục lục

1. Actuator là gì?

Một actuator (tạm dịch: bộ truyền động hay cơ cấu chấp hành) là thiết bị có nhiệm vụ biến đổi năng lượng (điện, khí nén, thủy lực, nhiệt năng…) thành chuyển động cơ học. Nói đơn giản, actuator chính là “cánh tay” thực hiện hành động cụ thể sau khi nhận tín hiệu điều khiển từ hệ thống.

Cách hoạt động của actuator:

Hệ thống điều khiển (ví dụ: PLC, vi điều khiển, máy tính) gửi tín hiệu đầu vào.
Actuator nhận tín hiệu và chuyển đổi năng lượng có sẵn (ví dụ: điện năng) thành chuyển động.
Chuyển động này có thể là: tịnh tiến (thẳng), quay, hoặc dao động tùy loại actuator.

Xem thêm bài viết: Sensor là gì? Tìm hiểu chi tiết về cảm biến và ứng dụng

2. Các loại Actuator phổ biến

Để giúp bạn đọc dễ hình dung sự khác biệt giữa các loại actuator, dưới đây là bảng so sánh tổng quan. Bảng này tổng hợp các yếu tố quan trọng như nguồn năng lượng, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng điển hình của từng loại. Nhờ đó, bạn có thể nhanh chóng nắm bắt đặc trưng của từng loại actuator trước khi đi sâu vào phân tích chi tiết.

Loại Actuator	Nguồn năng lượng	Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng điển hình
Điện (Electric)	Điện năng	Điều khiển chính xác, dễ tích hợp, sạch sẽ	Giới hạn về lực và công suất, có thể sinh nhiệt	Robot, ô tô điện, van điện
Thủy lực (Hydraulic)	Dầu thủy lực	Tạo lực rất lớn, hoạt động ổn định	Kích thước cồng kềnh, dễ rò rỉ dầu, cần bảo trì nhiều	Máy xúc, cần cẩu, hệ thống phanh dầu
Khí nén (Pneumatic)	Khí nén (thường là không khí)	Chi phí thấp, tốc độ cao, an toàn trong môi trường dễ cháy	Độ chính xác thấp hơn điện, cần hệ thống khí nén đi kèm	Dây chuyền sản xuất, đóng gói, van khí
Nhiệt / Cơ học đặc biệt	Nhiệt năng, lò xo, vật liệu đặc biệt	Dùng cho môi trường chuyên biệt (nhỏ gọn, tự động)	Ít phổ biến, khó chế tạo	Hàng không vũ trụ, thiết bị y tế, vi cơ điện tử (MEMS)

2.1. Actuator điện

Đây là loại van sử dụng điện để đóng mở. Do đó loại van này được điểu khiển bằng điện. Công dụng của loại van này đó là giúp điều chỉnh lên xuống hay quay góc. Nguồn điện thông dụng thường dùng là 24V, 380V hay 220V.

Loại van này gồm có các loại:

Van cầu điều khiển điện
Van có thiết kế 3 ngã điều khiển bằng điện
Van bi điều khiển điện
Van bướm điều khiển điện
Van cửa điều khiển điện
Van dao điều khiển điện

2.2. Actuator thuỷ lực

Actuator thủy lực hoạt động dựa trên áp suất của chất lỏng (thường là dầu thủy lực). Khi dầu được bơm vào buồng xy lanh, áp suất sẽ tác động lên piston, sinh ra lực đẩy rất lớn để tạo chuyển động tịnh tiến hoặc quay. Bộ truyền động này có thể kết nối trực tiếp với ty van hoặc cơ cấu chấp hành, cho phép đóng/mở, nâng/hạ hoặc xoay thiết bị với tải trọng lớn. Van thủy lực thường được thiết kế để chịu áp suất cao, đảm bảo vận hành ổn định trong môi trường công nghiệp nặng.

Các loại van sử dụng actuator thủy lực phổ biến:

Van cầu thủy lực (Hydraulic globe valve): điều khiển dòng chảy chính xác trong hệ thống áp lực cao.
Van bi thủy lực (Hydraulic ball valve): đóng/mở nhanh, thường dùng trong đường ống lớn.
Van bướm thủy lực (Hydraulic butterfly valve): điều tiết lưu lượng, thích hợp với các hệ thống cấp thoát nước quy mô lớn.
Van cửa thủy lực (Hydraulic gate valve): kiểm soát dòng chảy trong các đường ống chịu áp suất cao.
Van trượt/van điều hướng thủy lực (Hydraulic directional valve): thay đổi hướng dòng chảy của dầu thủy lực.Van giảm áp thủy lực (Hydraulic pressure reducing valve): điều chỉnh và duy trì áp suất ổn định.

2.3. Actuator khí nén

Actuator khí nén vận hành nhờ áp suất khí nén để điều khiển quá trình đóng/mở van. Khi được cấp khí, bộ truyền động sẽ tác động trực tiếp lên ty van, tạo ra chuyển động tịnh tiến (lên xuống) hoặc chuyển động quay (xoay góc). Tùy theo thiết kế của nhà sản xuất, van có thể được cài đặt ở trạng thái thường đóng (Normally Closed – NC) hoặc thường mở (Normally Open – NO).

Các loại van sử dụng actuator khí nén phổ biến:

Van cầu (Globe valve) điều khiển bằng khí nén.
Van 3 ngã khí nén (3-way pneumatic valve).
Van bi khí nén (Pneumatic ball valve).
Van bướm khí nén (Pneumatic butterfly valve).
Van cửa khí nén (Pneumatic gate valve).
Van dao khí nén (Pneumatic knife gate valve).
Van xiên khí nén (Pneumatic angle seat valve).

2.4. Actuator Nhiệt / Cơ học đặc biệt

Actuator loại này hoạt động dựa trên sự thay đổi vật lý của vật liệu dưới tác động nhiệt hoặc cơ chế đặc biệt khác. Một số ví dụ:

Actuator nhiệt: khi được nung nóng, vật liệu (như sáp, khí, hoặc hợp kim nhớ hình – Shape Memory Alloy, SMA) giãn nở hoặc biến đổi hình dạng, từ đó sinh ra chuyển động.
Actuator cơ học đặc biệt: sử dụng lò xo, áp lực từ từ trường, hoặc công nghệ vi cơ điện tử (MEMS actuators) để tạo ra những chuyển động cực nhỏ nhưng chính xác.

Nhờ đặc điểm này, actuator nhiệt và cơ học đặc biệt thường được dùng trong các hệ thống yêu cầu nhỏ gọn, độ chính xác cao, hoặc hoạt động trong môi trường đặc biệt (nhiệt độ cao, không gian hẹp, yêu cầu vô trùng).

Các loại actuator nhiệt / cơ học phổ biến:

Van nhiệt (Thermal actuator valve): thường dùng trong hệ thống HVAC hoặc điều hòa, tự động đóng/mở khi đạt ngưỡng nhiệt.
Actuator SMA (Shape Memory Alloy): hợp kim có khả năng “ghi nhớ hình dạng”, khi bị nung nóng sẽ trở lại hình dạng ban đầu, ứng dụng trong robot mini, y sinh.
MEMS actuator: actuator siêu nhỏ được tích hợp trong chip, dùng trong cảm biến, y tế, thiết bị hàng không vũ trụ.
Actuator dùng sáp (Wax actuator): khi sáp nóng chảy và giãn nở sẽ đẩy piston, ứng dụng trong van hằng nhiệt ô tô.

Xem thêm bài viết: Cảm biến công nghiệp: 7+ loại sensor phổ biến trong sản xuất hiện đại

3. Ứng dụng của Actuator trong thực tế

Actuator hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và đời sống hàng ngày. Nhờ khả năng biến đổi năng lượng thành chuyển động cơ học, actuator trở thành “cơ bắp” của các hệ thống tự động hóa.

Trong công nghiệp sản xuất:

Dây chuyền tự động: actuator điều khiển robot gắp, băng chuyền, cánh tay máy.
Nhà máy hóa chất, dầu khí: actuator vận hành các loại van (van bi, van bướm, van cầu) để kiểm soát dòng chảy chất lỏng hoặc khí.
Công nghiệp chế tạo: actuator thủy lực và khí nén hỗ trợ máy dập, máy ép, máy CNC.

Cánh tay robot công nghiệp — Tay máy robot trong chế tạo ô tô

Trong giao thông – vận tải:

Ô tô: actuator điện điều khiển cửa kính, gương chiếu hậu, ghế ngồi, khóa cửa; actuator thủy lực dùng trong phanh dầu, tay lái trợ lực.
Hàng không: actuator điều khiển cánh tà, cánh quạt và hệ thống hạ cánh.
Tàu thủy: actuator thủy lực điều khiển chân vịt, bánh lái và van khoang chứa.

Trong y tế và robot:

Thiết bị y tế: actuator siêu nhỏ (MEMS actuator) trong bơm tiêm tự động, robot phẫu thuật.
Robot hỗ trợ: actuator SMA (hợp kim nhớ hình) giúp tạo chuyển động mềm mại, gần giống cơ bắp người.

Trong tòa nhà và đời sống hàng ngày:

Hệ thống HVAC (điều hòa không khí): actuator nhiệt điều khiển van gió, van nước nóng/lạnh.
Nhà thông minh: actuator điện trong rèm cửa tự động, khóa cửa thông minh.
Thiết bị gia dụng: máy giặt, máy rửa chén, nồi cơm điện đều tích hợp actuator điều khiển van, motor.

Nhà thông minh: Xu hướng Smart Building trong tương lai

Trong năng lượng và môi trường:

Điện gió và điện mặt trời: actuator điều chỉnh góc cánh quạt hoặc tấm pin để tối ưu hiệu suất.
Xử lý nước và môi trường: actuator khí nén/điện điều khiển van trong hệ thống lọc nước, xử lý nước thải.

Xem thêm bài viết: Đo lường hiệu quả sản xuất với 7 công cụ quản lý chất lượng (7QC)

4. Cách chọn Actuator phù hợp

Việc lựa chọn actuator không chỉ dừng lại ở việc biết có những loại nào, mà quan trọng hơn là xác định loại nào phù hợp nhất với nhu cầu thực tế. Mỗi ứng dụng đều có yêu cầu riêng về lực, tốc độ, độ chính xác, môi trường hoạt động và chi phí.

Yếu tố đầu tiên cần cân nhắc là nguồn năng lượng sẵn có. Nếu hệ thống đã có sẵn nguồn khí nén, việc lựa chọn actuator khí nén sẽ giúp tiết kiệm chi phí và dễ triển khai. Ngược lại, trong những môi trường không có khí nén hoặc dầu thủy lực, actuator điện sẽ là lựa chọn thuận tiện hơn nhờ khả năng kết nối trực tiếp với hệ thống điện và dễ điều khiển bằng PLC hoặc máy tính.

Cách chọn Actuator phù hợp — 5 tiêu chí giúp bạn lựa chọn được actuator phù hợp

Bên cạnh nguồn năng lượng, mức độ lực và tải trọng là yếu tố quan trọng. Trong những ứng dụng đòi hỏi lực rất lớn như máy xúc, cầu nâng ô tô hay cần cẩu, actuator thủy lực gần như là lựa chọn duy nhất nhờ khả năng sinh lực vượt trội và hoạt động ổn định dưới áp suất cao. Ngược lại, những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và điều khiển tinh vi như robot công nghiệp, van điều tiết nhỏ hoặc thiết bị y tế, actuator điện lại tỏ ra vượt trội hơn.

Tốc độ phản hồi và độ chính xác cũng ảnh hưởng lớn đến quyết định lựa chọn. Actuator khí nén thường có ưu thế về tốc độ, thích hợp cho các thao tác đóng/mở nhanh trong dây chuyền sản xuất, nhưng độ chính xác không cao bằng actuator điện. Nếu mục tiêu là kiểm soát vị trí chính xác, chẳng hạn như trong cánh tay robot hoặc hệ thống CNC, thì actuator điện với servo motor hoặc step motor sẽ đáp ứng tốt hơn.

Ngoài ra, môi trường làm việc cũng là yếu tố không thể bỏ qua. Trong các môi trường dễ cháy nổ, actuator khí nén thường được ưu tiên vì an toàn hơn so với actuator điện. Trong môi trường ngoài trời hoặc môi trường khắc nghiệt, actuator thủy lực thường bền bỉ hơn, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hoặc bụi bẩn.

Cuối cùng, không thể bỏ qua yếu tố chi phí và bảo trì. Actuator điện có chi phí vận hành thấp và dễ bảo dưỡng, trong khi hệ thống thủy lực và khí nén lại yêu cầu đầu tư ban đầu lớn hơn cho máy nén khí, bơm dầu và hệ thống đường ống. Nếu doanh nghiệp cần vận hành lâu dài, chi phí bảo trì và mức tiêu hao năng lượng cần được tính toán kỹ lưỡng để tránh đội chi phí về sau.

Hệ thống quản lý chất lượng chuẩn hóa, tối ưu nằm trong bộ giải pháp quản lý sản xuất tổng thể MESX do VTI Solutions phát triển

Xem giải pháp

5. Actuator và vai trò trong quản lý chất lượng sản xuất (QMSX)

Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, actuator không chỉ đóng vai trò là “cơ bắp” vận hành máy móc mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, tính ổn định và chất lượng sản phẩm đầu ra. Một actuator bị sai lệch chỉ vài milimet khi đóng/mở van hay khi di chuyển tay máy cũng có thể dẫn đến sai số hàng loạt, ảnh hưởng đến tiến độ, chất lượng và uy tín của doanh nghiệp.

Đây chính là lý do giải pháp QMSX (Quản lý chất lượng sản xuất) của VTI Solutions ra đời. QMSX không chỉ ghi nhận dữ liệu vận hành từ actuator và cảm biến trong dây chuyền, mà còn giám sát liên tục trạng thái hoạt động, đảm bảo mỗi actuator đều vận hành đúng thông số thiết kế. Khi phát hiện sai lệch, hệ thống ngay lập tức đưa ra cảnh báo để kỹ thuật viên xử lý, từ đó giảm thiểu rủi ro sản phẩm lỗi.

QMSX là hệ thống quản lý chất lượng chuẩn hóa, tối ưu nằm trong bộ giải pháp quản lý sản xuất tổng thể MESX do VTI Solutions phát triển.

Quản lý chất lượng iQC, pQC, oQC
Nắm bắt “gốc rễ” nguyên nhân lỗi, thông báo cải tiến chất lượng
Hiển thị trực quan tiến độ và kết quả QC theo thời gian thực

Ngoài ra, QMSX còn hỗ trợ truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Nếu xảy ra sự cố chất lượng, dữ liệu từ actuator được lưu trữ và phân tích, giúp xác định nguyên nhân và nhanh chóng khoanh vùng lô hàng ảnh hưởng. Điều này giúp doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí thu hồi, đồng thời củng cố niềm tin từ khách hàng và đối tác.

Với QMSX, actuator không chỉ là một bộ truyền động đơn thuần, mà trở thành mắt xích quan trọng trong hệ thống sản xuất thông minh, nơi chất lượng được đảm bảo từ gốc rễ, thay vì chờ đến khâu kiểm tra cuối cùng.

Liên hệ ngay