Υπάρχουν ηλεκτρικές και μηχανικές παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την υλοποίηση ενός γραμμικού ενεργοποιητή. Μερικές φορές μπορεί να είναι δύσκολο να επιλέξετε το σωστό μέγεθος και τη σωστή δύναμη. Για παράδειγμα, ο ενεργοποιητής μπορεί να είναι αξιολογημένος ώστε να αντέχει τη διπλάσια μάζα μιας καταπακτής από πλευράς δύναμης, αλλά παρ’ όλα αυτά να δυσκολεύεται να την ανοίξει. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί λόγω της γωνίας εφαρμογής της δύναμης ή ανεπαρκούς μοχλού.
Σε αυτό το blog, θα μοιραστούμε ένα σύνολο απλοποιημένων υπολογισμών που θα προσφέρουν ένα καλό σημείο εκκίνησης για τις απαιτήσεις δύναμης και μήκους διαδρομής για έναν γραμμικό ενεργοποιητή.
Γραμμική κίνηση
Όταν μιλάμε για γραμμική κίνηση, εννοούμε ότι η κίνηση του φορτίου είναι ευθύγραμμη και αυτό μπορεί να είναι με τη μορφή ανύψωσης ή αντλίας. Αυτό το blog θα καλύψει κυρίως την κατακόρυφη κίνηση, αλλά οι ίδιες τεχνικές μπορεί να είναι χρήσιμες και για την ανάλυση οριζόντιας κίνησης. Ας δούμε το παράδειγμα στο παρακάτω σχήμα.
Σχήμα 1: Γραμμική κίνηση με ενεργοποιητή υπό γωνία
|
Μεταβλητή |
Επεξήγηση |
|
L1 |
Μήκος του ενεργοποιητή όταν είναι πλήρως συρρικνωμένος. |
|
L2 |
Μήκος του ενεργοποιητή όταν είναι πλήρως εκτεταμένος. |
|
Y1 |
Απόσταση άξονα Y μεταξύ της εμπρόσθιας τοποθέτησης του ενεργοποιητή και της οπίσθιας τοποθέτησης. |
|
X1 |
Απόσταση άξονα X μεταξύ της εμπρόσθιας τοποθέτησης του ενεργοποιητή και της οπίσθιας τοποθέτησης. |
|
Y2 |
Η κατακόρυφη απόσταση που πρέπει να διανύσει το φορτίο. |
|
S |
Διαδρομή ενεργοποιητή – η απόσταση που εκτείνεται ένας ενεργοποιητής. |
Εδώ έχουμε έναν ενεργοποιητή υπό γωνία που προσπαθεί να μετακινήσει μια μάζα προς τα πάνω. Η μάζα έχει ροδάκια και στις δύο πλευρές, για να υποδεικνύεται ότι μπορεί να κινείται μόνο πάνω-κάτω. Οι θέσεις τοποθέτησης στο εμπρόσθιο και οπίσθιο άκρο του ενεργοποιητή είναι σταθερές, ώστε να μπορούν μόνο να περιστρέφονται.
Υπολογισμός μήκους διαδρομής ενεργοποιητή
Αν το X1 ήταν 0, ο γραμμικός ενεργοποιητής δεν θα βρισκόταν πλέον υπό γωνία, οπότε η κατακόρυφη απόσταση που θα διένυε το φορτίο θα ήταν ίση με τη διαδρομή.
Ας εξετάσουμε μια πιο απαιτητική περίπτωση όπου X1 δεν είναι 0. Τότε, για να επιτύχουμε κατακόρυφη κίνηση του φορτίου, ο ηλεκτρικός ενεργοποιητής θα πρέπει να εκτείνεται και να περιστρέφεται. Αυτό είναι ωφέλιμο επειδή ο ενεργοποιητής θα καταλαμβάνει λιγότερο χώρο. Τότε, το μήκος διαδρομής δεν θα είναι ίσο με τη μετατόπιση καθ’ ύψος. Για να βρούμε το μήκος διαδρομής, θα πρέπει να κάνουμε μερικούς απλούς υπολογισμούς!
Θυμηθείτε ότι η διαδρομή είναι απλώς η διαφορά μεταξύ του πλήρως εκτεταμένου μήκους του ενεργοποιητή και του πλήρως συρρικνωμένου μήκους του ενεργοποιητή.
Τα πλήρως συρρικνωμένα και εκτεταμένα μήκη του ενεργοποιητή είναι η υποτείνουσα ενός τριγώνου που σχηματίζεται από τις οπίσθιες και εμπρόσθιες βάσεις τοποθέτησης.
Σχήμα 2: Εύρεση συρρικνωμένου (L1) και εκτεταμένου (L2) μήκους ενός ενεργοποιητή
Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορούμε να βρούμε το μήκος διαδρομής που θα αντιστοιχεί στην επιθυμητή κατακόρυφη απόσταση μετακίνησης της μάζας. Βάσει της εξίσωσης, όσο μικρότερη είναι η τιμή του X1, τόσο μεγαλύτερο μέρος της διαδρομής θα αντιστοιχεί στην κατακόρυφη κίνηση. Αν το X1 είναι μεγάλο, μικρές αυξήσεις στο μήκος διαδρομής θα οδηγούν σε μεγάλες αλλαγές στην κατακόρυφη απόσταση κίνησης.
Αν ο ενεργοποιητής ήταν τοποθετημένος αυστηρά κατακόρυφα, η μεταβολή του ύψους θα ήταν απλώς ίση με την επέκταση του ενεργοποιητή. Η τοποθέτηση του ενεργοποιητή υπό γωνία αυξάνει το συνολικό εύρος γραμμικής κίνησης της μάζας και ο ενεργοποιητής μπορεί να καταλαμβάνει λιγότερο χώρο. Με αυτό δεδομένο, προκαλεί επίσης πλευρική φόρτιση και πρέπει να είμαστε προσεκτικοί ώστε να μην λυγίσει η ράβδος του ενεργοποιητή. Συνιστώνται μικρότερα μήκη διαδρομής όταν τοποθετούμε τον ενεργοποιητή σε τέτοια γωνία.
Σχήμα 3: Σύγκριση μήκους διαδρομής και απόστασης διανυθείσας για γραμμική κίνηση
Υπολογισμός αξιολόγησης δύναμης ενεργοποιητή
Μπορούμε να συνεχίσουμε χρησιμοποιώντας την ιδιότητα των τριγώνων για να βρούμε τη δύναμη του ενεργοποιητή. Σημειώστε ότι αν ο ενεργοποιητής είναι υπό γωνία, η δύναμη που εφαρμόζει θα διαχωρίζεται σε οριζόντιο και κατακόρυφο συνιστώσα. Η οριζόντια συνιστώσα της δύναμης δεν συμβάλλει στην κίνηση. Η κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης θα ωθεί τη μάζα προς τα πάνω, οπότε πρέπει να διασφαλίσουμε ότι παρέχεται επαρκής δύναμη από τον ενεργοποιητή ανά πάσα στιγμή.
Σχήμα 4: Ανάλυση δύναμης για γραμμική κίνηση
Ξεκινάμε υπολογίζοντας την κατακόρυφη δύναμη της μάζας.
Μπορούμε να υπολογίσουμε την απαιτούμενη κατακόρυφη δύναμη του ενεργοποιητή ως εξής:
Εδώ χρησιμοποιούμε το L1 επειδή ο ενεργοποιητής θα έχει τη χαμηλότερη κατακόρυφη δύναμη όταν είναι πλήρως συρρικνωμένος. Όταν επιλέγουμε έναν ενεργοποιητή, πρέπει να διασφαλίζουμε ότι είναι ικανός για δυναμική και στατική δύναμη υψηλότερη από την F Total που έχουμε υπολογίσει.
Περιστροφική κίνηση
Όταν μιλάμε για περιστροφική κίνηση, εννοούμε ότι το φορτίο ή η μάζα περιστρέφεται γύρω από κάποιον άξονα. Αυτό θα μπορούσε να είναι μια εφαρμογή με πόρτα ή θυρίδα που ανοίγει. Θα μπορούσε ακόμη και να είναι η ανατροπή μιας καρότσας σε φορτηγό.
Σχήμα 5: Περιστροφική κίνηση με ενεργοποιητή υπό γωνία
Στο Σχήμα 5 βλέπουμε πλαϊνή όψη μιας κατακόρυφης πόρτας ή θυρίδας που έχει ρυθμιστεί ώστε να ανοίγει με γραμμικό ενεργοποιητή. Ο πλήρης συρρίκνωση του ενεργοποιητή υποδεικνύεται από τη θέση ① και ο πλήρης εκτεταμένος από τη θέση ②. Ένας ενεργοποιητής είναι τοποθετημένος υπό γωνία, τόσο στην πλήρη έκταση όσο και στην πλήρη συρρίκνωση.
|
Μεταβλητή |
Επεξήγηση |
|
L1 |
Μήκος του ενεργοποιητή όταν είναι πλήρως συρρικνωμένος. |
|
L2 |
Μήκος του ενεργοποιητή όταν είναι πλήρως εκτεταμένος. |
|
Y1 |
Απόσταση άξονα Y μεταξύ της οπίσθιας τοποθέτησης του ενεργοποιητή και του άξονα περιστροφής της πόρτας (μεντεσές). |
|
X1 |
Απόσταση άξονα X μεταξύ της οπίσθιας τοποθέτησης του ενεργοποιητή και του άξονα περιστροφής της πόρτας (μεντεσές). |
|
Y2 |
Απόσταση μεταξύ του άξονα περιστροφής της πόρτας (μεντεσές) και της εμπρόσθιας τοποθέτησης του ενεργοποιητή. |
|
S |
Διαδρομή ενεργοποιητή – η απόσταση που εκτείνεται ένας ενεργοποιητής. |
|
L3 |
Το συνολικό μήκος της πόρτας. |
Το παράδειγμα χρησιμοποιεί τον γραμμικό ενεργοποιητή τοποθετημένο υπό γωνία για να προσφέρει μια πιο γενική περίπτωση. Αν θέλετε να βρείτε το μήκος διαδρομής και τη δύναμη του ενεργοποιητή όταν είναι τοποθετημένος κάθετα στην πόρτα, μπορείτε να συνεχίσετε με τον οδηγό αλλά να θέσετε τα εξής:
Υπολογισμός μήκους διαδρομής ενεργοποιητή
Θα χρησιμοποιήσουμε την ίδια μέθοδο τριγώνων που χρησιμοποιήσαμε στην ενότητα της γραμμικής κίνησης. Η μόνη αλλαγή είναι ότι τα τρίγωνα αυτή τη φορά κατασκευάζονται διαφορετικά.
Σχήμα 6: Εύρεση συρρικνωμένου (L1) και εκτεταμένου (L2) μήκους ενεργοποιητή
Όπως και πριν, το μήκος διαδρομής είναι η διαφορά μεταξύ του πλήρως εκτεταμένου και του πλήρως συρρικνωμένου μήκους του ενεργοποιητή. Μπορούμε να το βρούμε απλά ως εξής:
Σε αυτήν την περίπτωση, το μήκος διαδρομής του ενεργοποιητή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θέση των εμπρόσθιων και οπίσθιων τοποθετήσεων. Όσο πιο κοντά τοποθετούμε την εμπρόσθια βάση στο μεντεσέ της πόρτας, τόσο λιγότερο θα χρειαστεί να κινηθεί ο ενεργοποιητής για να ανοίξει ή να κλείσει την πόρτα. Παρομοίως, όσο πιο κοντά είναι η οπίσθια βάση στον μεντεσέ, τόσο μικρότερη διαδρομή απαιτείται για να ανοίξει η πόρτα.
Υπάρχει ένα σημείο καμπής όπου η μετακίνηση του ενεργοποιητή πιο μακριά από τον μεντεσέ δεν προκαλεί πλέον μεγάλες αλλαγές στο μήκος διαδρομής, επειδή το μήκος του ενεργοποιητή ταιριάζει στενά με το μήκος της πόρτας και το μεγαλύτερο μέρος της κίνησης γίνεται μέσω της περιστροφής. Αυτή δεν είναι καλή θέση για τον ενεργοποιητή, επειδή ο μοχλός είναι πολύ φτωχός, αλλά θα το συζητήσουμε στις επόμενες ενότητες.
Σχήμα 7: Μήκος διαδρομής σε σχέση με τη θέση της εμπρόσθιας βάσης (δηλ. απόσταση από την εμπρόσθια βάση έως τον μεντεσέ)
Σχήμα 8: Μήκος διαδρομής σε σχέση με τη θέση της οπίσθιας βάσης
Μπορούμε να δούμε από το Σχήμα 8 ότι η μεταβολή της θέσης της οπίσθιας βάσης επηρεάζει το απαιτούμενο μήκος διαδρομής, αλλά το αποτέλεσμα τείνει να εξομαλύνεται αρκετά γρήγορα.
Υπολογισμός αξιολόγησης δύναμης ενεργοποιητή
Για να βρούμε την αξιολόγηση δύναμης για τον ενεργοποιητή μας, θα πρέπει να καθορίσουμε το αναμενόμενο φορτίο της πόρτας. Επειδή η πόρτα περιστρέφεται γύρω από τους μεντεσέδες της, το να γνωρίζουμε απλώς τη μάζα της δεν είναι αρκετό για να προσδιορίσουμε τη δύναμη που ασκείται στον ενεργοποιητή. Για αυτή την εφαρμογή, θα πρέπει να βρούμε τη ροπή αδράνειας μάζας της πόρτας.
Διαισθητικά, ξέρουμε ότι το άνοιγμα μιας πόρτας με το πόμολο (που βρίσκεται μακριά από τον μεντεσέ) είναι πολύ ευκολότερο από το να την ανοίξουμε πιέζοντας κοντά στον μεντεσέ.
Σχήμα 9: Απεικόνιση πόρτας που ανοίγει κατακόρυφα
Η ροπή αδράνειας (συμβολίζεται ως I) για την κατακόρυφα ανοιγόμενη πόρτα γύρω από τον μεντεσέ μπορεί να βρεθεί ως εξής:
Τώρα που έχουμε τη ροπή αδράνειας, γνωρίζουμε τη ροπή που πρέπει να εφαρμόσει ο ενεργοποιητής στην πόρτα για να τη θέσει σε κίνηση. Επομένως, μπορούμε να υπολογίσουμε τη δύναμη ως εξής:
Αυτή η δύναμη ονομάζεται F normal επειδή είναι μόνο μία συνιστώσα της δύναμης που εφαρμόζεται στον ενεργοποιητή και όχι όλη η δύναμη. Αυτό απεικονίζεται καλύτερα στο Σχήμα 10. Όπως βλέπετε, η F normal δεν δρα κατά μήκος της γραμμής L1 ή L2, αλλά υπό γωνία.
Σχήμα 10: Θέση τοποθέτησης των ενεργοποιητών
Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να μετατρέψουμε την F normal από μία συνιστώσα δύναμη σε πλήρη δύναμη ενεργοποιητή. Επειδή το φορτίο μας είναι μια περιστρεφόμενη πόρτα, η δύναμη F normal παραμένει σταθερή, αλλά το φορτίο που εφαρμόζεται στον ενεργοποιητή αλλάζει. Για παράδειγμα, όταν ο ενεργοποιητής είναι πλήρως συρρικνωμένος στη θέση ①, ο μεντεσές της πόρτας αναλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου, οπότε ο ενεργοποιητής δεν θα δεχθεί μεγάλη δύναμη μέχρι να χρειαστεί να κινήσει την πόρτα. Από την άλλη, όταν ο ενεργοποιητής είναι πλήρως εκτεταμένος στη θέση ② ο μεντεσές της πόρτας δεν υποστηρίζει την πόρτα το ίδιο. Σε αυτή την περίπτωση, ο ενεργοποιητής πρέπει να κρατήσει το μεγαλύτερο μέρος του φορτίου.
Μπορούμε να υπολογίσουμε τη δύναμη στη συρρικνωμένη και στην εκτεταμένη θέση που απαιτείται για τον ενεργοποιητή. Ανάλογα με τις συνθήκες τοποθέτησης, η δύναμη στην εκτεταμένη θέση μπορεί να είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη στη συρρικνωμένη θέση ή το αντίστροφο. Για αυτόν τον λόγο, πρέπει να υπολογίσουμε και τις δύο και να επιλέξουμε τη μεγαλύτερη, ώστε να διασφαλίσουμε ότι η εφαρμογή μας είναι στιβαρή.
Για παράδειγμα, στο Σχήμα 10, η υψηλότερη δύναμη θα εφαρμοστεί στον ενεργοποιητή όταν είναι πλήρως εκτεταμένος. Τότε, η ελάχιστη αξιολόγηση δύναμης για τον ενεργοποιητή θα πρέπει να είναι ίση ή μεγαλύτερη από την F extended.
Πώς υπολογίζω τη θέση ενός γραμμικού ενεργοποιητή;
Η θέση του ενεργοποιητή μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας τη διαδρομή σε σχέση με το πλήρως συρρικνωμένο αρχικό σημείο. Αν υπάρχουν αισθητήρες Hall ή ανάδραση θέσης από ποτενσιόμετρο, μπορείτε να παρακολουθείτε ηλεκτρονικά τη θέση μετρώντας παλμούς Hall effect ή την τάση του ποτενσιόμετρου. Χωρίς ανάδραση ή πρόσβαση στον ενεργοποιητή, η θέση μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας το γνωστό μήκος διαδρομής + χρόνο κίνησης, αλλά αυτό είναι λιγότερο ακριβές αφού η ταχύτητα αλλάζει με το φορτίο και τις εξωτερικές διαταραχές.
Πώς μπορώ να καθορίσω το σωστό μήκος διαδρομής για τον ενεργοποιητή μου;
Ο καθορισμός του μήκους διαδρομής απαιτεί να γνωρίζετε τη συνολική απόσταση που πρέπει να κινηθεί ο μηχανισμός. Η μέτρηση της απόστασης μεταξύ δύο σημείων τοποθέτησης όταν είναι πλήρως κλειστός έναντι πλήρως ανοιχτού λειτουργεί για άμεση γραμμική κίνηση· ωστόσο, προχωρημένοι τύποι όπως η τριγωνομετρία ή η γεωμετρία συνδέσμων απαιτούνται για να μετατρέψουν την περιστροφική κίνηση σε γραμμική μετατόπιση.
Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τη δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση μιας καταπακτής με γραμμικό ενεργοποιητή;
Η απαιτούμενη ανυψωτική δύναμη θα εξαρτηθεί από παράγοντες όπως:
- Βάρος της καταπακτής
- Απόσταση μεταξύ μεντεσέ και σημείου τοποθέτησης του ενεργοποιητή
- Γωνία του ενεργοποιητή σε σχέση με την πόρτα
- Τριβές από μεντεσέδες ή στεγανοποιήσεις
- Περιβαλλοντικές διαταραχές (χιόνι, άνεμος, βροχή, κ.λπ.)
Πώς επιλέγω τον σωστό ενεργοποιητή για το έργο μου;
Για να επιλέξετε τον σωστό ενεργοποιητή, καθορίστε τις βασικές απαιτήσεις προδιαγραφών σας:
1. Δύναμη (βάσει βάρους, μοχλού και γωνίας)
2. Μήκος διαδρομής (απόσταση ή γωνία που απαιτείται)
3. Ταχύτητα (πόσο γρήγορα θέλετε να κινείται ο μηχανισμός)
4. Ηλεκτρικές απαιτήσεις ισχύος (συμβατότητα τάσης & ρεύματος με τις απαιτήσεις του συστήματος)
5. Ανάδραση θέσης (συγχρονισμός και ακρίβεια όταν κινούνται πολλοί ενεργοποιητές)
6. Βαθμός προστασίας IP (περιβαλλοντική προστασία από σκόνη/νερό) Αφού είναι γνωστές οι παράμετροι, μπορείτε να επιλέξετε ενεργοποιητή που να καλύπτει ή να υπερβαίνει όλες τις απαιτήσεις. Ο Υπολογιστής Ενεργοποιητών της Progressive Automations μπορεί να σας βοηθήσει σε αυτό το βήμα.
Πώς επηρεάζει η γωνία τοποθέτησης τη δύναμη και το μήκος διαδρομής του ενεργοποιητή;
Μικρή γωνία (ενεργοποιητής σχεδόν παράλληλος με την πόρτα ή το πάνελ) μειώνει τον μηχανικό μοχλό, αυξάνοντας δραματικά την απαιτούμενη δύναμη. Μεγαλύτερες γωνίες τοποθέτησης προσφέρουν μεγαλύτερο μηχανικό πλεονέκτημα, μειώνοντας την απαιτούμενη δύναμη. Η αλλαγή της γωνίας μεταβάλλει επίσης την αποτελεσματική διαδρομή του ενεργοποιητή, επειδή ο ενεργοποιητής παράγει περιστροφική κίνηση μέσω γραμμικής μετατόπισης.
Συμπέρασμα
Σε αυτό το blog, είδαμε απλοποιημένους τρόπους υπολογισμού της επιθυμητής αξιολόγησης δύναμης και του μήκους διαδρομής για γραμμικούς ενεργοποιητές. Οι εξισώσεις σε αυτό το blog μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό προσεγγιστικών απαιτήσεων για τη γραμμική και την περιστροφική κίνηση του φορτίου. Επικοινωνήστε μαζί μας στο sales@progressiveautomations.com για οποιεσδήποτε περαιτέρω ερωτήσεις και η ομάδα μηχανικών μας θα χαρεί να σας βοηθήσει.