Una delle cose migliori del lavorare in Progressive Automations è ascoltare i clienti su come intendono usare i nostri attuatori. Dalle installazioni domestiche alle applicazioni industriali, con l’automazione il cielo è il limite. Per realizzare le tue idee con i nostri attuatori lineari, è necessario definire molti parametri relativi all’applicazione prevista. In questa serie presentiamo tecniche di progettazione utili per capire come utilizzare i nostri attuatori.
Introduzione
Vuoi sollevare una botola della cantina? O far scorrere una libreria nascosta? Fantastico! Ma da dove iniziare…
Il primo passo in qualsiasi progetto con movimento lineare è stabilire come verrà posizionato l’attuatore per muovere un oggetto. Una volta definito questo, si possono determinare facilmente le dimensioni di base dell’attuatore – la forza e la lunghezza. Prestare molta attenzione ai dettagli in questa fase può persino far risparmiare denaro, perché il sistema potrebbe funzionare senza interruttori aggiuntivi per limitare il movimento (ne parleremo più avanti); una pianificazione scarsa può generare un sistema di movimento lineare inutilmente lento, che sollecita eccessivamente la struttura circostante, tende a bruciarsi o risulta generalmente poco sicuro.
Obiettivi della progettazione
L’obiettivo di questo processo di progettazione è scegliere un attuatore e una posizione di montaggio che:
- massimizzi l’ampiezza del movimento nel sistema,
- mantenga l’attuatore entro condizioni operative sicure,
- riduca al minimo usura e sollecitazioni sull’attuatore.
Selezione di un attuatore
Questo passaggio è il più importante quando decidi di creare un’applicazione che utilizza attuatori elettrici.
Lunghezza complessiva
La distanza tra i fori di montaggio di un attuatore (con l’eccezione dell’attuatore a guida PA-18) può essere descritta dalle seguenti equazioni:
Nota: il corpo (che include il motore, gli ingranaggi e l’attacco inferiore) ha una lunghezza costante specifica per ogni serie di attuatori ed è indipendente dalla lunghezza della corsa. Una pagina con le tabelle delle lunghezze retratte ed estese di tutte le lunghezze di corsa normalmente a stock per ciascun modello di attuatore è disponibile nella scheda Hole to Hole della risorse pagina.
Finecorsa
Tutti i nostri attuatori lineari elettrici sono dotati di finecorsa integrati che arrestano automaticamente il motore quando l’attuatore è completamente esteso o retratto. Il finecorsa integrato funziona interrompendo il circuito verso il motore, per cui ci si può affidare ad esso per arrestare l’attuatore in modo sicuro e costante in un punto specifico. Se l’attuatore smette di muoversi perché si è incastrato contro qualcosa, o si romperà l’attuatore o danneggerà ciò a cui è montato. Pertanto, l’unico modo sicuro per fermare un attuatore che non è completamente esteso o retratto è interrompere l’alimentazione dall’esterno.
È buona prassi consentire a un attuatore lo spazio per estendersi o ritrarsi completamente e lasciare che i suoi finecorsa integrati definiscano l’escursione totale del movimento in un sistema. Se non è possibile progettare il sistema in modo che l’attuatore possa estendersi o ritrarsi completamente, si possono inserire finecorsa esterni nel sistema affinché l’attuatore (o un’altra parte in movimento) vada a contatto prima che l’attuatore sia completamente esteso o retratto.
Posizione di montaggio
La posizione di montaggio dell’attuatore influenzerà sia la forza massima che l’attuatore dovrà esercitare sia la lunghezza della corsa. In generale, quanto più una posizione di montaggio è nascosta o discreta, tanto maggiore sarà la forza necessaria per muovere l’oggetto. È importante ricordare che il modo in cui un attuatore è montato può facilmente raddoppiare o quadruplicare la forza apparente sull’attuatore; perciò occorre sempre provare a stimare la forza, anche solo con una stima “a spanne”.
Un equivoco comune sugli attuatori lineari è che possano sostituire i pistoni a gas (cioè gli ammortizzatori) montandoli esattamente nella stessa posizione. I pistoni a gas aiutano l’utente mantenendo un oggetto in posizione o riducendo la forza necessaria per muoverlo; non forniscono tutta la forza di movimento come invece deve fare un attuatore. Inoltre hanno un ingombro ridotto e possono essere montati in modo molto discreto. Posizionare un attuatore nello stesso punto in cui prima era presente un pistone a gas (ad esempio sotto il cofano di un’auto) andrebbe fatto solo dopo aver calcolato la forza massima che l’attuatore dovrà esercitare.
A meno che l’attuatore non faccia scorrere un oggetto nella stessa direzione in cui è montato, è probabile che l’attuatore ruoti sui suoi attacchi mentre muove l’oggetto. Assicurati che l’attuatore abbia spazio sufficiente per muoversi e che l’unico contatto con la struttura di supporto avvenga tramite le staffe di montaggio.
Forza e coppia
Dopo aver scelto una lunghezza e una posizione di montaggio, l’unico compito restante nella scelta di un attuatore è calcolare la forza massima sull’attuatore. Un attuatore subisce forze diverse a seconda di come è montato. Un metodo semplice per calcolare la forza nei sistemi con movimento rotazionale è convertire tutte le forze in coppie.
Braccio di leva
La forza di gravità tende a creare una coppia in senso orario, con un braccio di leva pari a metà della lunghezza della barra. La forza necessaria a un attuatore per contrastare questa coppia dipende dal braccio di leva formato dall’attuatore e dall’angolo che l’attuatore forma rispetto alla barra.
Angolo
La posizione di montaggio B è al centro della barra, quindi i bracci di leva delle coppie dovute alla gravità e all’attuatore sono uguali. La posizione di montaggio A è tra la cerniera e il centro della barra, perciò il braccio di leva che formerebbe un attuatore è più piccolo di quello formato dalla gravità.
Figura 1: Elemento incernierato con possibili posizioni di montaggio evidenziate
Pertanto, la forza di un attuatore posizionato in A dovrà essere maggiore rispetto a un posizionamento in B. Dovrebbe essere chiaro che in entrambi i casi la forza massima si ha quando la barra è orizzontale; man mano che la barra scende, la forza necessaria a mantenerla in posizione diminuisce perché diminuisce anche il braccio di leva dovuto alla gravità.
L’analisi sopra ha considerato come la posizione di montaggio influenzi il braccio di leva e le forze su un attuatore. Per determinare completamente la forza occorre considerare l’angolo formato tra l’attuatore e la barra. Man mano che l’angolo tra la barra e l’attuatore diminuisce, la forza sull’attuatore aumenta. Considerando che la forza sull’attuatore è massima quando la barra è orizzontale, l’angolo tra l’attuatore e la barra dovrebbe essere il più vicino possibile a novanta gradi in quel punto.
Ovviamente, questo implicherebbe montare l’attuatore direttamente sotto la barra, a terra, il che non è molto pratico. Consideriamo le posizioni di montaggio 1 e 2 in combinazione con B: l’angolo formato dall’attuatore in 1B è più piccolo rispetto a quello in 2B, e quindi la forza richiesta all’attuatore sarebbe maggiore. Nota però che, con l’attuatore in posizione 2B, l’oggetto non potrà muoversi quanto, ad esempio, in 1A. In generale, quando si modifica la posizione di montaggio in modo da ridurre la forza sull’attuatore, diminuisce anche l’escursione totale del movimento nel sistema.