W ostatnich latach zastosowanie siłowników liniowych w zastosowaniach przemysłowych i poza przemysłem okazało się niezbędne. Wybór odpowiedniego siłownika liniowego do danej aplikacji bywa trudny ze względu na ogromną liczbę typów i parametrów, które trzeba uwzględnić (tj. długość skoku, typ silnika, siła i prędkość). Szybkie siłowniki liniowe zyskały dużą popularność, ale czym różni się wybór szybkiego siłownika liniowego od standardowego? I do jakich zastosowań szybki siłownik nadaje się najlepiej? Aby odpowiedzieć na te pytania, przyjrzymy się bliżej subtelnym i mniej subtelnym różnicom w konstrukcji i właściwościach. Aby ułatwić poszukiwania, prezentujemy dwie najlepsze propozycje z katalogu Progressive Automations.
Cechy szybkich siłowników liniowych
Szybkie siłowniki liniowe są znane z trwałości/wytrzymałości i cichszej pracy dzięki mniejszej liczbie ruchomych części. Łatwo je zintegrować z istniejącymi systemami sterowania i zwykle pracują przy niższych napięciach (tj. bez potrzeby stosowania przemysłowego napięcia trójfazowego). Należy jednak pamiętać o ważnym parametrze, jakim jest cykl pracy siłownika liniowego. Szczotkowe silniki prądu stałego generują tarcie i przy długotrwałej pracy mogą się nagrzewać.
Standardowe siłowniki liniowe wykorzystują serwosilnik. Serwosilniki składają się z silnika prądu stałego połączonego z przekładnią i czasem z potencjometrem, co umożliwia sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym. Oznacza to, że w połączeniu ze sterownikiem można precyzyjnie pozycjonować skok siłownika w obu kierunkach. Z kolei szybkie siłowniki liniowe są projektowane do pracy w pełnym ruchu do przodu i do tyłu, bez pośredniej kontroli położenia.
Jak klasyfikuje się je jako szybkie siłowniki liniowe?
Ponieważ prędkość jest pojęciem względnym, jak określić, czy siłownik liniowy powinien zostać sklasyfikowany jako ‘szybki’? Obecnie nie ma branżowych norm dla szybkich lub ultraszybkich siłowników liniowych określających minimalne wymagania, dlatego o klasyfikacji decyduje producent. Podstawą takiej klasyfikacji są zwykle:
- Prędkość ruchu posuwisto-zwrotnego.
- Siła przy obciążeniu/bez obciążenia.
- Mechanizm napędowy.
- Typ siłownika.
- Przekładnia.
Zrozumienie tych parametrów jest kluczowe, aby podjąć świadomą decyzję przy zakupie szybkiego siłownika liniowego o dużej sile. Korzystając z Porównaj funkcję na stronie Progressive Automations, możesz zestawić jednocześnie do czterech siłowników, uwzględniając powyższe parametry.
Jak mogę zmienić prędkość mojego siłownika liniowego?
Jak wspomniano wyżej, prędkość zależy od mechanizmu napędowego. Wiele szybkich siłowników liniowych wykorzystuje szczotkowy silnik prądu stałego połączony bezpośrednio, współosiowo, ze śrubą pociągową, która jest połączona z trzpieniem/tłokiem. Po podaniu zasilania na silnik śruba pociągowa obraca się i wymusza wysuw trzpienia (tj. energia elektryczna zamieniana jest na ruch obrotowy, a następnie na ruch liniowy), a po odwróceniu polaryzacji zasilania trzpień się chowa.
Wyłączniki krańcowe znajdują się na krańcach ruchu trzpienia, odłączając zasilanie silnika, gdy trzpień całkowicie się wysunie/wsunie. Prędkość ruchu liniowego można zmieniać, regulując jeden lub kombinację parametrów, w tym:
Zmiana skoku śruby pociągowej
Mówiąc prościej: większy skok zwiększy prędkość ruchu liniowego i odwrotnie.
Zmiana przyłożonego napięcia
Jeśli wał silnika obraca się z pełną prędkością przy napięciu znamionowym, prędkość obrotową można zmniejszyć, podając po prostu niższe napięcie. Często używa się szybkiego siłownika liniowego 12‑voltowego ze sterowaniem potencjometrem (tj. sterownika silnika). Podstawowe sterowniki wykorzystują układ mostka H do odwracania polaryzacji silnika oraz potencjometr do zmiany napięcia podawanego na silnik.
Zastosowanie przekładni na silniku
Niektóre szybkie siłowniki liniowe, takie jak model PA-04 firmy Progressive Automations (omówiony dalej), wykorzystują przekładnię, aby spowolnić lub przyspieszyć obroty wyjściowe silnika. Przekładnia zwiększa również siłę ruchu trzpienia/tłoka przy zastosowaniu tego samego silnika.
Zastosowania szybkich siłowników liniowych
Przy wyborze szybkiego siłownika liniowego kluczowe jest określenie, do jakiej aplikacji będzie on używany. Wyższa prędkość pracy oznacza mniejszą siłę wyjściową i odwrotnie. Jednak zastosowanie przekładni w tym samym siłowniku może zapewnić dokładnie taką siłę, jakiej potrzebujesz.
Zastosowania szybkich siłowników liniowych są praktycznie nieograniczone. Zapewniają doskonałą mobilność tam, gdzie potrzebny jest płynny ruch liniowy. Co więcej, są z reguły lżejsze od standardowych siłowników liniowych, ponieważ nie zawierają dużej przekładni. Lżejsza, przyjazna konstrukcja pozwala stosować je tam, gdzie liczy się oszczędność miejsca lub zmniejszenie gabarytów urządzeń w systemie. Cykl pracy to procentowy stosunek czasu pracy silnika do czasu przerwy. Utrzymywanie się poniżej tej wartości zapobiega przegrzewaniu silnika. Dlatego szybkie siłowniki liniowe projektuje się do aplikacji, które mogą działać w określonym cyklu pracy (zwykle 20%). Do takich zastosowań należą m.in.:
- Okresowa automatyzacja sortowania.
- Automatyka domowa/meblowa (choć do precyzyjnego pozycjonowania wymagane byłoby sprzężenie zwrotne siłownika).
- Efektory końcowe ramion robotycznych.
- Zastosowania nieprzemysłowe, takie jak symulatory lotu/jazdy wymagające szybkiej pracy siłownika dla realistycznych doznań.
Powyższe to tylko kilka przykładów miejsc, w których można wykorzystać szybkie siłowniki liniowe.
Szybkie siłowniki liniowe Progressive Automations
Progressive Automations oferuje dwa szybkie siłowniki liniowe (modele PA-15 i PA-04), które można wysoko konfigurować, aby dopasować je do aplikacji.
PA-15
Szybki siłownik liniowy PA-15 ma szczotkowy silnik prądu stałego 12 VDC (2 A bez obciążenia i 9 A przy pełnym obciążeniu) z napędem bezpośrednim, ustawiony współosiowo ze śrubą pociągową, co pozwala uzyskać oszczędzającą miejsce, bardzo wytrzymałą konstrukcję. Dostępne są długości skoku od 1 do 24 cali. Ponadto dostępne są 3 wersje w zależności od wymaganej siły (tj. 11 lbs, 22 lbs lub 33 lbs). Prędkość bez obciążenia wynosi odpowiednio: 9,05 cala/s dla wersji 11 lbs, 5,50 cala/s dla 22 lbs oraz 3,20 cala/s dla 33 lbs.
Wybierając szybki siłownik liniowy, należy pamiętać o prędkości przy pełnym obciążeniu. Przy pełnym obciążeniu 11 lbs prędkość wynosi 4,70 cala/s, przy 22 lbs – 4,00 cala/s, a przy 33 lbs – 2,00 cala/s. Ten model nie ma układu sprzężenia zwrotnego, ale na krańcach ruchu znajdują się wyłączniki krańcowe. Cykl pracy wynosi 20%, a produkt ma klasę szczelności IP54, co oznacza ochronę przed pyłem, szkodliwymi osadami oraz ograniczonym wnikaniem wody. Produkt jest objęty standardową 18‑miesięczną gwarancją.
PA-04
Siłownik liniowy PA-04 technicznie nie jest modelem „szybkim”, ale uzyskiwana siła jest wysoka w porównaniu z innymi modelami. W PA-04 zastosowano szczotkowy silnik prądu stałego 12 VDC (4 A bez obciążenia i 12 A przy pełnym obciążeniu) ustawiony prostopadle do śruby pociągowej. Silnik współpracuje z przekładnią, co umożliwia uzyskanie siły do 100 lbs przy prędkości liniowej 2,16 cala/s oraz 400 lbs przy prędkości 0,78 cala/s. Dostępne są długości skoku od 2 do 40 cali.
Model ten ma opcjonalne możliwości sprzężenia zwrotnego i opcję zastosowania czujników efektu Halla zamiast mechanicznych wyłączników krańcowych na końcach skoku siłownika. Cykl pracy również wynosi 20%, a produkt ma klasę szczelności IP66, co oznacza pełną ochronę przed pyłem i wnikaniem wody; to najlepszy w ofercie Progressive Automations siłownik liniowy do lekkich zastosowań, szybki i wodoodporny.
Podsumowanie
Szybkie siłowniki liniowe, dzięki solidnej konstrukcji i szybkiemu działaniu, sprawdzają się w wielu zastosowaniach, zarówno przemysłowych (szybkie siłowniki do ciężkich zadań), jak i nieprzemysłowych (miniaturowe szybkie siłowniki). Wybierając szybki siłownik liniowy, należy uwzględnić omówione parametry i wyważyć prędkość pracy oraz siłę przy pełnym obciążeniu, aby mieć pewność, że siłownik poradzi sobie z zadaniem. I wreszcie – kupuj szybkie siłowniki liniowe tylko od marek oferujących dodatkową gwarancję; to dobry znak, że producent jest pewny swoich produktów.