Jedną z najlepszych rzeczy w pracy w Progressive Automations jest słuchanie klientów o tym, jak planują wykorzystać nasze siłowniki. Od rozwiązań domowych po zastosowania przemysłowe, w automatyzacji możliwości są praktycznie nieograniczone. Aby zrealizować Twoje pomysły z wykorzystaniem naszych siłowników liniowych, trzeba określić wiele parametrów dotyczących planowanej aplikacji. W tej serii prezentujemy przydatne techniki projektowe, które pomagają określić, jak można wykorzystać nasze siłowniki.
Wprowadzenie
Chcesz podnieść klapę do piwnicy? Albo przesunąć ukrytą półkę z książkami? Świetnie! Od czego zacząć…
Pierwszym krokiem w każdym projekcie z ruchem liniowym jest określenie, jak siłownik będzie ustawiony, aby poruszać obiektem. Gdy to ustalisz, można łatwo określić podstawowe wymiary siłownika – jego siłę i długość skoku. Dokładność na tym etapie projektu może realnie zaoszczędzić pieniądze, bo system może działać bez dodatkowych wyłączników krańcowych ograniczających ruch (o tym później); złe planowanie może skutkować układem ruchu liniowego, który porusza się niepotrzebnie wolno, nadmiernie obciąża otaczającą konstrukcję, jest podatny na przepalenie lub ogólnie nie jest bezpieczny.
Cele projektu
Celem tego procesu projektowego będzie wybór siłownika i pozycji montażu, które:
- zmaksymalizują zakres ruchu w systemie,
- utrzymają siłownik w bezpiecznych warunkach pracy,
- zminimalizują zużycie i obciążenia siłownika.
Wybór siłownika
To najważniejszy krok, gdy decydujesz się stworzyć zastosowanie wykorzystujące elektryczne siłowniki.
Całkowita długość
Odległość między otworami montażowymi siłownika (z wyjątkiem PA-18 track actuator) można opisać następującymi równaniami:
Uwaga: korpus obudowy (który obejmuje silnik, koła zębate oraz dolne mocowanie) ma stałą, określoną dla danej serii siłowników długość i jest niezależny od długości skoku. Stronę zawierającą tabele długości wciągniętej i wysuniętej dla wszystkich regularnie magazynowanych długości skoku w każdym z naszych modeli siłowników znajdziesz w zakładce Hole to Hole na stronie resource.
Wyłączniki krańcowe
Wszystkie nasze elektryczne siłowniki liniowe mają wbudowane wyłączniki krańcowe, które automatycznie zatrzymują silnik, gdy siłownik jest całkowicie wysunięty lub wciągnięty. Wbudowany wyłącznik krańcowy działa, przerywając obwód zasilania silnika, dzięki czemu można na nim polegać, by bezpiecznie i konsekwentnie zatrzymać siłownik w określonym punkcie. Jeśli siłownik przestanie się poruszać, bo zakleszczy się o przeszkodę, albo uszkodzi się sam siłownik, albo element, do którego jest zamontowany. Dlatego jedynym bezpiecznym sposobem zatrzymania siłownika, który nie jest w pełni wysunięty ani wciągnięty, jest zewnętrzne odłączenie zasilania.
Dobrą praktyką jest zapewnienie siłownikowi miejsca na pełne wysunięcie lub wciągnięcie i pozwolenie, aby wbudowane wyłączniki krańcowe określały całkowity zakres ruchu w systemie. Jeśli nie da się zaprojektować systemu tak, by siłownik mógł w pełni się wysunąć lub wciągnąć, można zastosować zewnętrzne wyłączniki krańcowe, które zostaną uruchomione zanim siłownik osiągnie skrajne położenia (np. gdy siłownik lub inna część ruchoma zetknie się z wyłącznikiem).
Miejsce montażu
Miejsce montażu siłownika wpływa zarówno na maksymalną siłę, jaką siłownik będzie musiał wytworzyć, jak i na długość skoku. Co do zasady, im bardziej ukryte lub dyskretne jest miejsce montażu, tym większej siły potrzeba do poruszenia obiektu. Warto pamiętać, że sposób montażu siłownika może łatwo podwoić lub nawet czterokrotnie zwiększyć pozorną siłę działającą na siłownik, dlatego zawsze należy spróbować oszacować wymaganą siłę, nawet orientacyjnie.
Popularnym nieporozumieniem dotyczącym siłowników liniowych jest to, że mogą zastąpić sprężyny gazowe (amortyzatory) przy montażu w identycznym miejscu. Sprężyny gazowe pomagają użytkownikowi, utrzymując obiekt w miejscu lub zmniejszając siłę potrzebną do jego poruszenia; nie wytwarzają jednak całej siły ruchu, jak musi to robić siłownik. Mają też niską zabudowę i można je montować bardzo dyskretnie. Umieszczenie siłownika w miejscu, w którym wcześniej była sprężyna gazowa (np. pod maską samochodu), należy rozważyć dopiero po obliczeniu maksymalnej siły, jaką siłownik będzie musiał wytworzyć.
Jeśli siłownik nie przesuwa obiektu dokładnie w kierunku, w którym jest zamontowany, podczas ruchu najpewniej będzie obracał się w swoich uchwytach. Upewnij się, że siłownik ma wystarczająco dużo miejsca na swobodny ruch i że kontakt z konstrukcją wsporczą odbywa się wyłącznie przez uchwyty montażowe.
Siła i moment
Po wybraniu długości i miejsca montażu ostatnim krokiem w doborze siłownika jest obliczenie maksymalnej siły działającej na siłownik. Siłownik będzie doświadczał różnych sił w zależności od sposobu montażu. Prostą metodą obliczania sił w układach z ruchem obrotowym jest przeliczenie ich na momenty.
Ramię dźwigni
Siła grawitacji dąży do wytworzenia momentu zgodnego z ruchem wskazówek zegara, z ramieniem równym połowie długości belki. Siła potrzebna siłownikowi do przeciwdziałania temu momentowi zależy od ramienia utworzonego przez siłownik oraz kąta, jaki siłownik tworzy względem belki.
Kąt
Miejsce montażu B znajduje się w środku belki, więc ramiona momentów od grawitacji i od siłownika są takie same. Pozycja montażu A leży między zawiasem a środkiem belki, więc ramię, jakie utworzyłby siłownik, jest mniejsze niż ramię wywołane przez grawitację.
Rysunek 1: Element obrotowy z wyróżnionymi możliwymi miejscami montażu
Dlatego siła wymagana od siłownika w położeniu A będzie większa niż w położeniu B. W obu przypadkach największa siła występuje, gdy belka jest pozioma; gdy belka jest opuszczana, siła potrzebna do jej utrzymania maleje, ponieważ maleje też ramię działające od grawitacji.
Powyższa analiza dotyczyła wpływu miejsca montażu na ramię dźwigni i siły działające na siłownik. Aby w pełni określić wymaganą siłę, trzeba uwzględnić kąt między siłownikiem a belką. Gdy kąt między belką a siłownikiem maleje, siła działająca na siłownik rośnie. Ponieważ siła na siłowniku jest największa, gdy belka jest pozioma, w tym położeniu kąt między siłownikiem a belką powinien być możliwie najbliższy dziewięćdziesięciu stopni.
Oczywiście oznaczałoby to montaż siłownika bezpośrednio pod belką, na podłodze, co nie jest zbyt praktyczne. Rozważ pozycje montażu 1 i 2 w połączeniu z B: kąt między siłownikiem w 1B jest mniejszy niż kąt w 2B, więc wymagana siła będzie większa. Zauważ jednak, że przy siłowniku w położeniu 2B obiekt nie będzie mógł poruszyć się tak daleko jak np. w 1A. Ogólnie, gdy pozycja montażu jest dobierana tak, by zmniejszyć siłę działającą na siłownik, całkowity zakres ruchu w systemie również maleje.