Jednou z výhod práce v Progressive Automations je počuť od zákazníkov, ako plánujú používať naše aktuátory. Od domácich inštalácií až po priemyselné aplikácie – možnosti automatizácie sú prakticky neobmedzené. Aby ste pretavili svoje nápady na využitie našich lineárnych aktuátorov do reality, treba určiť množstvo parametrov súvisiacich so zamýšľanou aplikáciou. V tejto sérii prinášame užitočné návrhové techniky, ktoré pomôžu určiť, ako možno naše aktuátory využiť.
Introduction
Chcete zdvihnúť pivničné dvere? Alebo vysunúť skrytú knižnicu? Skvelé! Kde začať…
Prvým krokom pri akomkoľvek návrhu s lineárnym pohybom je určiť, ako bude aktuátor umiestnený na pohyb predmetu. Keď je to známe, možno jednoducho určiť základné rozmery aktuátora – jeho silu a dĺžku. Dôkladná pozornosť detailom v tejto fáze návrhu môže v skutočnosti ušetriť peniaze, pretože systém môže fungovať bez dodatočných spínačov na obmedzenie pohybu (viac o tom neskôr); zlé plánovanie môže viesť k lineárnemu pohybovému systému, ktorý sa pohybuje zbytočne pomaly, nadmerne zaťažuje okolnú konštrukciu, je náchylný na prepálenie alebo je všeobecne nebezpečný.
Goals of the Design
Cieľom tohto návrhového procesu bude zvoliť aktuátor a montážnu polohu, ktoré budú:
- maximalizovať rozsah pohybu systému,
- udržiavať aktuátor v bezpečných prevádzkových podmienkach,
- minimalizovať opotrebovanie a zaťaženie aktuátora.
Selecting an Actuator
Tento krok je najdôležitejší, keď ste sa rozhodli vytvoriť aplikáciu využívajúcu elektrické aktuátory.
Overall Length
Vzdialenosť medzi montážnymi otvormi aktuátora (s výnimkou koľajnicového aktuátora PA-18) možno opísať nasledujúcimi rovnicami:
Poznámka: telo krytu (ktoré obsahuje motor, ozubené kolesá a spodný držiak) má pre každú sériu aktuátorov konštantnú, pevnú dĺžku a je nezávislé od dĺžky zdvihu. Stránku s tabuľkami zasunutej a vysunutej dĺžky všetkých pravidelne skladovaných veľkostí zdvihu pre každý náš model aktuátora nájdete na karte Hole to Hole na stránke zdroje.
Limit Switches
Všetky naše elektrické lineárne aktuátory majú integrované koncové spínače, ktoré automaticky zastavia motor, keď je aktuátor úplne vysunutý alebo zasunutý. Integrovaný koncový spínač funguje tak, že rozpojí obvod k motoru, preto sa naň dá spoľahnúť, že aktuátor bezpečne a konzistentne zastaví v danom bode. Ak sa aktuátor prestane hýbať, pretože sa zasekol o nejaký predmet, buď sa zlomí aktuátor, alebo poškodí to, na čom je namontovaný. Preto je jediný bezpečný spôsob, ako zastaviť aktuátor, ktorý nie je úplne vysunutý ani zasunutý, vypnúť napájanie zvonku.
Je dobrou praxou nechať aktuátoru priestor na plné vysunutie alebo zasunutie a jeho integrovanými koncovými spínačmi nechať určiť celkový rozsah pohybu v systéme. Ak systém nemožno navrhnúť tak, aby sa aktuátor mohol úplne vysunúť alebo zasunúť, možno do systému umiestniť externé koncové spínače tak, aby aktuátor (alebo iná pohyblivá časť) nadviazal kontakt skôr, než je aktuátor úplne vysunutý alebo zasunutý.
Mounting Location
Montážne umiestnenie aktuátora ovplyvní aj maximálnu silu, ktorú bude musieť aktuátor vyvinúť, ako aj dĺžku zdvihu. Vo všeobecnosti platí, že čím viac je montážne miesto skryté alebo nenápadné, tým väčšiu silu treba na pohyb predmetu. Je dôležité pamätať, že spôsob montáže aktuátora môže ľahko zdvojnásobiť alebo až štvornásobne zvýšiť zdanlivú silu pôsobiacu na aktuátor, preto by sa mala vždy urobiť aspoň približná kalkulácia sily.
Bežným omylom o lineárnych aktuátoroch je, že môžu nahradiť plynové vzpery (t. j. tlmiče) montážou na presne rovnaké miesto. Plynové vzpery pomáhajú používateľovi tým, že držia predmet na mieste alebo znižujú silu potrebnú na jeho pohyb; na rozdiel od aktuátora však nevynakladajú celú pohybovú silu. Plynové vzpery majú tiež nízky profil a možno ich veľmi nenápadne namontovať. Umiestnenie aktuátora na miesto, kde bola plynová vzpera (napr. pod kapotou auta), by sa malo robiť až po výpočte maximálnej sily, ktorú bude musieť aktuátor vyvinúť.
Pokiaľ aktuátor neposúva predmet v rovnakom smere, v akom je namontovaný, bude sa aktuátor pri pohybe predmetu pravdepodobne otáčať vo svojich úchytoch. Dávajte pozor, aby mal aktuátor dostatok priestoru na pohyb a aby sa dotýkal nosnej konštrukcie iba cez montážne konzoly.
Force and Torque
Po výbere dĺžky a montážneho umiestnenia zostáva pri výbere aktuátora už len vypočítať maximálnu silu pôsobiacu na aktuátor. Aktuátor bude zažívať rôzne sily v závislosti od spôsobu montáže. Jednoduchou metódou výpočtu sily v systémoch s rotačným pohybom je previesť všetky sily na krútiace momenty.
Lever Arm
Gravitácia má tendenciu vytvárať krútiaci moment v smere hodinových ručičiek s ramenom páky rovnakým ako polovica dĺžky tyče. Sila, ktorú aktuátor potrebuje na vyváženie tohto momentu, závisí od ramena páky vytvoreného aktuátorom a od uhla, ktorý aktuátor zviera s tyčou.
Angle
Montážne umiestnenie B je v strede tyče, takže ramená páky krútiacich momentov spôsobených gravitáciou a aktuátorom sú rovnaké. Montážna poloha A je medzi pántom a stredom tyče, takže rameno páky, ktoré by aktuátor vytvoril, je menšie než rameno vytvorené gravitáciou.
Obrázok 1: Otočný člen s vyznačenými možnými montážnymi miestami
Preto musí byť sila aktuátora umiestneného v A väčšia, než keby bol umiestnený v B. Malo by byť zrejmé, že v oboch prípadoch je najväčšia sila vtedy, keď je tyč horizontálna; ako sa tyč spúšťa, sila potrebná na udržanie tyče na mieste klesá, pretože sa skracuje aj rameno páky spôsobené gravitáciou.
Vyššie uvedená analýza zohľadnila, ako montážne umiestnenie ovplyvňuje rameno páky a sily pôsobiace na aktuátor. Na úplné určenie sily treba zohľadniť uhol medzi aktuátorom a tyčou. Ako sa uhol medzi tyčou a aktuátorom zmenšuje, sila pôsobiaca na aktuátor rastie. Keďže sila na aktuátor je najväčšia, keď je tyč vodorovne, uhol medzi aktuátorom a tyčou by mal byť v tomto bode čo najbližšie k deväťdesiatim stupňom.
To by však znamenalo, že aktuátor je namontovaný priamo pod tyčou, na zemi, čo nie je veľmi praktické. Zvážte montážne polohy 1 a 2 použité v kombinácii s B: uhol vytvorený medzi aktuátorom v 1B je menší než uhol v 2B, a teda sila by musela byť pre aktuátor väčšia. Všimnite si však, že s aktuátorom v polohe 2B sa predmet nebude môcť pohybovať tak ďaleko ako napr. v 1A. Vo všeobecnosti, keď sa montážna poloha zmení tak, že sa zníži sila pôsobiaca na aktuátor, zmenší sa aj celkový rozsah pohybu v systéme.