Przy wdrażaniu siłownika liniowego należy uwzględnić kwestie elektryczne i mechaniczne. Czasem trudno dobrać właściwy rozmiar i siłę. Na przykład siłownik może mieć parametry pozwalające na udźwignięcie dwukrotnej wagi klapy, a mimo to mieć trudności z jej otwarciem. Może to wynikać z kąta przyłożenia siły lub niewystarczającego przełożenia.
W tym wpisie podzielimy się zestawem uproszczonych obliczeń, które stanowią dobry punkt wyjścia do określenia wymaganej siły i długości skoku dla siłownika liniowego.
Ruch liniowy
Mówiąc o ruchu liniowym, mamy na myśli to, że ruch obciążenia jest liniowy — może to być w formie podnoszenia lub pompowania. Ten wpis dotyczy głównie ruchu pionowego, ale te same techniki mogą się przydać do analizy ruchu poziomego. Spójrzmy na przykład na rysunku poniżej.
Rysunek 1: Ruch liniowy z siłownikiem ustawionym pod kątem
|
Zmienna |
Wyjaśnienie |
|
L1 |
Długość siłownika w położeniu całkowicie wsuniętym. |
|
L2 |
Długość siłownika w położeniu całkowicie wysuniętym. |
|
Y1 |
Odległość w osi Y między przednim punktem montażowym siłownika a tylnym punktem montażowym. |
|
X1 |
Odległość w osi X między przednim punktem montażowym siłownika a tylnym punktem montażowym. |
|
Y2 |
Pionowa odległość, jaką ma przebyć obciążenie. |
|
S |
Skok siłownika – odległość, o jaką wysuwa się siłownik. |
Tutaj siłownik ustawiony pod kątem ma za zadanie przesunąć obciążenie w górę. Obciążenie ma rolki po obu stronach, co wskazuje, że może poruszać się tylko w górę i w dół. Punkty montażowe na przednim i tylnym końcu siłownika są unieruchomione, więc mogą się jedynie obracać.
Obliczanie długości skoku siłownika
Gdyby X1 wynosiło 0, siłownik liniowy nie byłby już ustawiony pod kątem, więc pionowa droga obciążenia byłaby równa skokowi.
Przyjrzyjmy się trudniejszemu przypadkowi, w którym X1 nie wynosi 0. Aby uzyskać pionowy ruch obciążenia, siłownik elektryczny musi zarówno wysuwać się , jak i obracać. To korzystne, ponieważ siłownik zajmuje mniej miejsca. W takiej sytuacji długość skoku nie będzie równa przesunięciu pionowemu. Aby znaleźć długość skoku, trzeba wykonać proste obliczenia!
Pamiętaj, że skok to po prostu różnica między długością siłownika w położeniu całkowicie wysuniętym a długością w położeniu całkowicie wsuniętym.
Długości siłownika w położeniach całkowicie wsuniętym i wysuniętym są przeciwprostokątnymi trójkąta wyznaczonego przez tylny i przedni punkt montażowy.
Rysunek 2: Wyznaczanie długości siłownika w położeniu wsuniętym (L1) i wysuniętym (L2)
Korzystając z tej metody, możemy znaleźć długość skoku odpowiadającą żądanej pionowej drodze obciążenia. Z równania wynika, że im mniejsza wartość X1, tym większa część długości skoku przekłada się na ruch pionowy. Jeśli X1 jest duże, niewielkie zwiększenia długości skoku będą prowadzić do dużych zmian pionowego przemieszczenia.
Jeśli siłownik byłby ustawiony dokładnie pionowo, zmiana wysokości będzie równa jego wysuwowi. Ustawienie siłownika pod kątem zwiększy całkowity zakres ruchu liniowego obciążenia i pozwoli mu zajmować mniej miejsca. Spowoduje to jednak pewne obciążenia boczne, dlatego trzeba uważać, aby nie doprowadzić do ugięcia tłoczyska siłownika. Przy takim ustawieniu zalecane są krótsze skoki.
Rysunek 3: Porównanie długości skoku i drogi przemieszczenia dla ruchu liniowego
Obliczanie wymaganej siły siłownika
Możemy dalej wykorzystać własności trójkątów, aby znaleźć siłę siłownika. Zauważ, że gdy siłownik jest ustawiony pod kątem, przykładana przez niego siła rozkłada się na składową poziomą i pionową. Składowa pozioma nie przyczynia się do ruchu. Składowa pionowa będzie pchać obciążenie w górę, dlatego musimy zadbać, by siłownik zawsze zapewniał wystarczającą siłę.
Rysunek 4: Rozkład siły dla ruchu liniowego
Zaczynamy od obliczenia pionowej siły obciążenia.
Wymaganą pionową siłę siłownika obliczamy następująco:
Używamy tutaj L1, ponieważ siłownik będzie miał najmniejszą składową pionową siły w położeniu całkowicie wsuniętym. Wybierając siłownik, musimy upewnić się, że dopuszczalna siła dynamiczna i statyczna są wyższe niż obliczone F Total.
Ruch obrotowy
Mówiąc o ruchu obrotowym, mamy na myśli, że obciążenie (masa) obraca się wokół pewnej osi. Może to być aplikacja z otwieranymi drzwiami lub klapą, a nawet przechylanie skrzyni ładunkowej w ciężarówce.
Rysunek 5: Ruch obrotowy z siłownikiem ustawionym pod kątem
Na Rysunku 5 widzimy widok z boku pionowych drzwi lub klapy przystosowanych do otwierania za pomocą siłownika liniowego. Pozycja ① oznacza pełne wsunięcie siłownika, a pozycja ② pełne wysunięcie. Siłownik jest zamontowany pod kątem zarówno w pełnym wysunięciu, jak i w pełnym wsunięciu.
|
Zmienna |
Wyjaśnienie |
|
L1 |
Długość siłownika w położeniu całkowicie wsuniętym. |
|
L2 |
Długość siłownika w położeniu całkowicie wysuniętym. |
|
Y1 |
Odległość w osi Y między tylnym punktem montażowym siłownika a osią obrotu drzwi (zawiasem). |
|
X1 |
Odległość w osi X między tylnym punktem montażowym siłownika a osią obrotu drzwi (zawiasem). |
|
Y2 |
Odległość między osią obrotu drzwi (zawiasem) a przednim punktem montażowym siłownika. |
|
S |
Skok siłownika – odległość, o jaką wysuwa się siłownik. |
|
L3 |
Całkowita długość drzwi. |
W przykładzie wykorzystano siłownik liniowy zamontowany pod kątem, aby uogólnić przypadek. Jeśli chcesz znaleźć długość skoku i siłę siłownika, gdy jest zamontowany prostopadle do drzwi, możesz kontynuować zgodnie z poradnikiem, ustawiając:
Obliczanie długości skoku siłownika
Użyjemy tej samej metody trójkątów, co w sekcji ruchu liniowego. Jedyna różnica polega na tym, że teraz trójkąty są skonstruowane inaczej.
Rysunek 6: Wyznaczanie długości siłownika w położeniu wsuniętym (L1) i wysuniętym (L2)
Podobnie jak wcześniej, długość skoku to różnica między długością siłownika całkowicie wysuniętego i wsuniętego. Można ją wyznaczyć w prosty sposób:
W tym przypadku długość skoku siłownika w dużym stopniu zależy od położenia przedniego i tylnego punktu montażowego. Im bliżej zawiasu drzwi umieścimy przedni punkt montażowy, tym mniej siłownik będzie musiał się przemieszczać, aby otworzyć lub zamknąć drzwi. Podobnie, im bliżej zawiasu znajduje się tylny punkt montażowy, tym krótszy skok jest potrzebny do otwarcia drzwi.
Istnieje punkt przegięcia, w którym dalsze oddalanie siłownika od zawiasu nie powoduje już dużych zmian wymaganej długości skoku, ponieważ długość siłownika zaczyna zbliżać się do długości drzwi i większość ruchu odbywa się poprzez rotację. Nie jest to dobre ustawienie dla siłownika, ponieważ przełożenie jest bardzo niekorzystne, ale omówimy to w dalszych sekcjach.
Rysunek 7: Długość skoku w zależności od położenia przedniego punktu montażowego (tj. odległości od przedniego punktu montażowego do zawiasu drzwi)
Rysunek 8: Długość skoku w zależności od położenia tylnego punktu montażowego
Widzimy na Rysunku 8, że zmiana położenia tylnego punktu montażowego wpływa na wymaganą długość skoku, ale efekt dość szybko się stabilizuje.
Obliczanie wymaganej siły siłownika
Aby znaleźć wymaganą siłę naszego siłownika, musimy określić spodziewane obciążenie drzwi. Ponieważ drzwi obracają się wokół zawiasów, sama znajomość ich masy nie wystarczy do wyznaczenia siły działającej na siłownik. W tym zastosowaniu trzeba znaleźć masowy moment bezwładności drzwi.
Intuicyjnie wiemy, że otwieranie drzwi za klamkę (położoną daleko od zawiasu) jest dużo łatwiejsze niż otwieranie drzwi przez pchanie w pobliżu zawiasu.
Rysunek 9: Przedstawienie drzwi otwieranych pionowo
Moment bezwładności (oznaczany I) dla drzwi otwieranych pionowo wokół zawiasu można wyznaczyć następująco:
Mając moment bezwładności, znamy moment, jaki siłownik musi przyłożyć do drzwi, aby je poruszyć. W związku z tym możemy obliczyć siłę w następujący sposób:
Tę siłę nazywamy F normal, ponieważ jest to tylko jedna składowa siły działającej na siłownik, a nie pełna siła. Lepiej ilustruje to Rysunek 10. Jak widać, F normal nie działa wzdłuż linii L1 ani L2, lecz pod kątem.
Rysunek 10: Położenie montażowe siłowników
Oznacza to, że musimy przeliczyć F normal ze składowej na pełną siłę siłownika. Ponieważ naszym obciążeniem są obracające się drzwi, siła F normal pozostaje stała, ale obciążenie przykładane do siłownika się zmienia. Na przykład, gdy siłownik jest całkowicie wsunięty w pozycji ①, większość obciążenia przejmują zawiasy, więc siłownik nie doświadcza dużej siły, dopóki nie musi poruszyć drzwi. Z kolei gdy siłownik jest całkowicie wysunięty w pozycji ②, zawias mniej podtrzymuje drzwi. W takim przypadku to siłownik musi dźwigać większość obciążenia.
Możemy obliczyć siłę potrzebną dla siłownika w położeniu wsuniętym i wysuniętym. W zależności od warunków montażu siła w położeniu wysuniętym może być większa niż w położeniu wsuniętym lub odwrotnie. Dlatego musimy obliczyć obie i wybrać większą, aby mieć pewność, że nasze rozwiązanie będzie niezawodne.
Na przykład w Rysunku 10 największa siła działa na siłownik, gdy jest on całkowicie wysunięty. Minimalna wymagana siła siłownika musi więc być równa lub większa niż F extended.
Wnioski
W tym wpisie przedstawiliśmy uproszczone sposoby obliczania wymaganej siły i długości skoku dla siłowników liniowych. Zawarte tu równania można wykorzystać do przybliżonych wyliczeń wymagań dla ruchu liniowego i obrotowego obciążenia. Skontaktuj się z nami pod adresem sales@progressiveautomations.com w razie dodatkowych pytań — nasz zespół inżynierów chętnie Ci pomoże.