Una de las mejores cosas de trabajar en Progressive Automations es escuchar a los clientes sobre cómo planean usar nuestros actuadores. Desde aplicaciones domésticas hasta aplicaciones industriales, el cielo es el límite para la automatización. Para materializar sus ideas de uso de nuestros actuadores lineales, hay muchos parámetros que deben definirse según la aplicación prevista. En esta serie, presentamos técnicas de diseño útiles para determinar cómo pueden utilizarse nuestros actuadores.
Introducción
¿Quiere levantar una puerta de sótano? ¿O deslizar una estantería oculta? ¡Excelente! Ahora, ¿por dónde empezar…?
El primer paso en cualquier diseño con movimiento lineal es determinar cómo se posicionará el actuador para mover un objeto. Una vez determinado esto, las dimensiones básicas del actuador —su fuerza y su longitud— pueden definirse fácilmente. Prestar mucha atención a los detalles en esta etapa del diseño puede ahorrar dinero, ya que el sistema podría funcionar sin interruptores adicionales para limitar el movimiento (más sobre esto más adelante); una mala planificación puede producir un sistema de movimiento lineal que se mueve innecesariamente lento, somete a un esfuerzo excesivo a la estructura circundante, es propenso a quemarse o es, en general, inseguro.
Objetivos del diseño
El objetivo de este proceso de diseño será seleccionar un actuador y una posición de montaje que:
- maximice el recorrido del sistema,
- mantenga el actuador dentro de condiciones de operación seguras,
- minimice el desgaste y el esfuerzo sobre el actuador.
Selección de un actuador
Este paso es el más importante cuando ha decidido crear una aplicación que use actuadores eléctricos.
Longitud total
La distancia entre los orificios de montaje de un actuador (con la excepción del actuador de riel PA-18) puede describirse con las siguientes ecuaciones:
Nota: el cuerpo de la carcasa (que incluye el motor, los engranajes y el soporte inferior) es una constante de longitud fija específica de cada serie de actuadores e independiente de la carrera. Puede encontrar una página con tablas de las longitudes retraída y extendida de todos los tamaños de carrera en stock para cada uno de nuestros modelos de actuadores en la pestaña Hole to Hole de la página de recursos.
Interruptores de límite
Todos nuestros actuadores lineales eléctricos vienen con interruptores de límite integrados que detendrán automáticamente el motor cuando el actuador esté completamente extendido o retraído. El interruptor de límite integrado funciona interrumpiendo el circuito del motor, por lo que se puede confiar en él para detener el actuador de forma segura y consistente en un punto específico. Si el actuador deja de moverse porque se ha atascado contra algo, o se romperá el actuador o dañará aquello a lo que está montado. Por lo tanto, la única forma segura de detener un actuador que no está completamente extendido o retraído es cortar la alimentación externamente.
Es una buena práctica dejar espacio para que un actuador se extienda o retraiga completamente y permitir que sus interruptores de límite integrados definan el recorrido total del movimiento en un sistema. Si no es posible diseñar el sistema de modo que el actuador se extienda o retraiga por completo, pueden colocarse interruptores de límite externos de forma que el actuador (u otra parte móvil) haga contacto antes de que el actuador esté completamente extendido o retraído.
Ubicación de montaje
La ubicación de montaje del actuador afectará tanto a la fuerza máxima que el actuador tendrá que aplicar como a la longitud de carrera. En general, cuanto más oculta o discreta sea la ubicación de montaje, mayor será la fuerza necesaria para mover el objeto. Es importante recordar que la forma en que se monta un actuador puede duplicar o cuadruplicar fácilmente la fuerza aparente sobre el actuador, por lo que siempre se debe intentar un cálculo de la fuerza, aunque sea una estimación aproximada.
Una idea errónea común sobre los actuadores lineales es que pueden reemplazar a los resortes de gas (es decir, amortiguadores) montándolos exactamente en la misma ubicación. Los resortes de gas ayudan al usuario manteniendo un objeto en su lugar o reduciendo la fuerza necesaria para moverlo; no ejercen toda la fuerza de movimiento como debe hacerlo un actuador. Los resortes de gas también tienen un perfil bajo y pueden montarse de forma muy discreta. Colocar un actuador en el mismo lugar donde antes había un resorte de gas (como bajo el capó de un automóvil) solo debe hacerse después de calcular la fuerza máxima que el actuador tendrá que aplicar.
A menos que el actuador deslice un objeto en la misma dirección en la que está montado, probablemente pivote en sus soportes mientras mueve el objeto. Asegúrese de que el actuador tenga suficiente espacio para moverse y de que el único contacto que haga con la estructura de soporte sea mediante los soportes de montaje.
Fuerza y par
Después de haber seleccionado una longitud y una ubicación de montaje, la única tarea restante para elegir un actuador es calcular la fuerza máxima sobre el actuador. Un actuador experimentará fuerzas diferentes según cómo esté montado. Un método sencillo para calcular la fuerza en sistemas con movimiento rotacional es convertir todas las fuerzas en par (momento).
Brazo de palanca
La fuerza de la gravedad tiende a crear un par en sentido horario, con un brazo de palanca igual a la mitad de la longitud de la barra. La fuerza que necesita un actuador para oponerse a este par depende del brazo de palanca que forma el actuador y del ángulo que el actuador forma con respecto a la barra.
Ángulo
La ubicación de montaje B está en el centro de la barra, por lo que los brazos de palanca de los pares debidos a la gravedad y al actuador son iguales. La posición de montaje A está entre la bisagra y el centro de la barra, por lo que el brazo de palanca que formaría un actuador es menor que el brazo de palanca formado por la gravedad.
Figura 1: Elemento pivotante con posibles ubicaciones de montaje resaltadas
Por lo tanto, la fuerza de un actuador posicionado en A tendrá que ser mayor que si estuviera posicionado en B. Debe quedar claro que en ambos casos la mayor fuerza ocurre cuando la barra está horizontal; a medida que se baja la barra, la fuerza necesaria para mantenerla en su lugar disminuye porque también disminuye el brazo de palanca debido a la gravedad.
El análisis anterior consideró cómo la ubicación de montaje afecta al brazo de palanca y a las fuerzas sobre un actuador. Para determinar completamente la fuerza es necesario considerar el ángulo formado entre el actuador y la barra. A medida que disminuye el ángulo entre la barra y el actuador, la fuerza sobre el actuador aumentará. Teniendo en cuenta que la fuerza sobre el actuador es mayor cuando la barra está horizontal, el ángulo entre el actuador y la barra debería ser lo más cercano posible a noventa grados en ese punto.
Por supuesto, esto significaría que el actuador estaría montado directamente bajo la barra, en el suelo, lo cual no es muy práctico. Considere las posiciones de montaje 1 y 2 usadas en combinación con B: el ángulo formado entre el actuador en 1B es menor que el ángulo en 2B, por lo que la fuerza sería mayor para un actuador. Sin embargo, tenga en cuenta que, con el actuador en la posición 2B, el objeto no podrá moverse tanto como en, por ejemplo, 1A. En general, cuando se ajusta la posición de montaje para reducir la fuerza sobre el actuador, el rango total de movimiento del sistema disminuye.