Izbira ustreznega linearnega aktuatorja

Eno izmed odličnih stvari pri delu v Progressive Automations je, da od strank slišimo, kako nameravajo uporabljati naše aktuatorje. Od rešitev za dom do industrijskih aplikacij – možnosti avtomatizacije so skoraj neomejene. Da bi uresničili vaše ideje o uporabi naših linearnih aktuatorjev, je treba za predvideno uporabo določiti številne parametre. V tej seriji predstavljamo uporabne tehnike načrtovanja za določitev, kako lahko uporabimo naše aktuatorje.

Uvod

Torej želite dvigniti pokrov kleti? Ali pomakniti skrito knjižno polico? Odlično! Kje začeti …

Prvi korak pri vsakem načrtu z linearnim gibanjem je določiti, kako bo aktuator postavljen, da premakne predmet. Ko je to določeno, je mogoče zlahka določiti osnovne dimenzije aktuatorja – njegovo silo in dolžino. Natančna pozornost podrobnostim v tej fazi načrtovanja lahko dejansko prihrani denar, saj bo sistem morda deloval brez dodatnih stikal za omejevanje gibanja (o tem več kasneje); slabo načrtovanje lahko privede do sistema linearnega gibanja, ki se premika po nepotrebnem počasi, pretirano obremenjuje okolico, je nagnjen k pregoretju ali je na splošno nevaren.

Cilji zasnove

Cilj tega postopka zasnove je izbrati aktuator in montažni položaj, ki bo:

1. maksimiziral količino gibanja v sistemu,
2. ohranjal aktuator znotraj varnih obratovalnih pogojev,
3. minimiziral obrabo in obremenitev aktuatorja.

Izbira aktuatorja

Ta korak je najpomembnejši, ko se odločite razviti aplikacijo, ki uporablja električne aktuatorje.

Skupna dolžina

Razdaljo med montažnimi luknjami aktuatorja (z izjemo tirnega aktuatorja PA-18) je mogoče opisati z naslednjimi enačbami:

Opomba: telo ohišja (ki vključuje motor, zobnike in spodnji nosilec) ima stalno, fiksno dolžino, značilno za vsako serijo aktuatorjev, in je neodvisno od dolžine hoda. Stran s tabelami zloženih in iztegnjenih dolžin vseh redno zalogovanih velikosti hoda za vsak naš model aktuatorja najdete na zavihku Hole to Hole  resource strani.

Končna stikala

Vsi naši električni linearni aktuatorji imajo vgrajena končna stikala, ki samodejno ustavijo motor, ko je aktuator povsem iztegnjen ali vpotegnjen. Vgrajeno končno stikalo deluje tako, da prekine tokokrog do motorja, zato mu lahko zaupate, da bo aktuator varno in dosledno ustavil na določenem mestu. Če se aktuator ustavi, ker se je zagozdil ob oviro, bo ali počil aktuator ali pa bo poškodoval, na kar je pritrjen. Zato je edini varen način, da ustavite aktuator, ki ni povsem iztegnjen ali vpotegnjen, ta, da od zunaj prenehate dovajati napajanje.

Priporočljivo je, da ima aktuator dovolj prostora, da se povsem iztegne ali vpotegne, in da njegova vgrajena končna stikala določajo celoten razpon gibanja v sistemu. Če sistema ni mogoče zasnovati tako, da se aktuator lahko povsem iztegne ali vpotegne, lahko v sistem namestite zunanja končna stikala, tako da aktuator (ali drug gibljiv del) vzpostavi stik, še preden je aktuator povsem iztegnjen ali vpotegnjen.

Mesto montaže

Mesto montaže aktuatorja vpliva tako na največjo silo, ki jo bo moral aktuator proizvesti, kot tudi na dolžino hoda. Na splošno velja: bolj kot je mesto montaže skrito ali diskretno, večja sila je potrebna za premik objekta. Pomembno je upoštevati, da lahko način, kako je aktuator nameščen, zlahka podvoji ali početveri navidezno silo na aktuator, zato bi morali silo vedno vsaj okvirno izračunati.

Pogosta napačna predstava o linearnih aktuatorjih je, da lahko nadomestijo plinske opornice (tj. blažilnike), če jih namestimo na povsem isto mesto. Plinske opornice uporabniku pomagajo s tem, da predmet držijo na mestu ali zmanjšajo potrebno silo za premik; ne ustvarjajo pa celotne pogonske sile, kot jo mora aktuator. Plinske opornice so tudi nizkega profila in jih je mogoče namestiti zelo diskretno. Aktuator na mesto, kjer je bila prej plinska opornica (na primer pod pokrovom motorja avtomobila), namestite šele po izračunu največje sile, ki jo bo moral aktuator premagati.

Razen če aktuator pomika predmet v isti smeri, kot je nameščen, se bo pri gibanju verjetno vrtel v svojih nosilcih. Poskrbite, da bo imel aktuator dovolj prostora za gibanje in da je edini stik, ki ga aktuator vzpostavlja z nosilno konstrukcijo, prek montažnih nosilcev.

Sila in navor

Ko sta dolžina in mesto montaže izbrana, je zadnja naloga pri izbiri aktuatorja izračunati največjo silo na aktuator. Aktuator bo izkusil različne sile glede na način montaže. Preprost način za izračun sil v sistemih z rotacijskim gibanjem je pretvoriti vse sile v navore.

Ročica

Teža (gravitacija) povzroča navor v smeri urinega kazalca, pri čemer je ročica enaka polovici dolžine droga. Sila, ki jo aktuator potrebuje, da temu navoru nasprotuje, je odvisna od ročice, ki jo tvori aktuator, in kota, ki ga aktuator tvori glede na drog.

Kot

Mesto montaže B je na sredini droga, zato sta ročici navorov zaradi gravitacije in aktuatorja enaki. Mesto montaže A je med tečajem in sredino droga, zato je ročica, ki bi jo tvoril aktuator, manjša od ročice, ki jo ustvarja gravitacija.

 

 

 

 

Slika 1: Vrteči se element z označenimi možnimi mesti montaže

Zato mora biti sila aktuatorja, nameščenega v A, večja, kot če bi bil v B. Jasno je tudi, da v obeh primerih največja sila nastopi, ko je drog vodoraven; ko se drog spušča, se sila, potrebna za držanje droga na mestu, zmanjšuje, saj se zmanjšuje tudi ročica zaradi gravitacije.  

Zgornja analiza je obravnavala, kako mesto montaže vpliva na ročico in sile na aktuator. Za popolno določitev sile je treba upoštevati kot med aktuatorjem in drogom. Ko se kot med drogom in aktuatorjem zmanjšuje, se sila na aktuator povečuje. Ker je sila na aktuator največja, ko je drog vodoraven, naj bo kot med aktuatorjem in drogom v tej točki čim bliže devetdesetim stopinjam.

Seveda bi to pomenilo, da je aktuator nameščen neposredno pod drogom, na tleh, kar ni ravno praktično. Upoštevajmo položaja montaže 1 in 2 v kombinaciji z B: kot med aktuatorjem v 1B je manjši kot v 2B, zato bi bila potrebna večja sila. Vendar pa pri aktuatorju v položaju 2B predmet ne bo mogel potovati tako daleč kot na primer v 1A. Na splošno, ko mesto montaže prilagodimo tako, da zmanjšamo silo na aktuator, se zmanjša tudi celoten obseg gibanja sistema.

Zaključek

Načeloma je proces zasnove iterativen: predhodna zasnova zoži seznam aktuatorjev, ki bodo delovali v sistemu, naslednja iteracija zasnove lahko vključi določeno serijo aktuatorjev, poznejše iteracije pa izostrijo natančen model, ki bo deloval v sistemu. Čeprav imamo zelo široko ponudbo linearnih aktuatorjev, imamo na zalogi le določene sile in dolžine hoda. Na zalogi držimo vse najpogosteje uporabljene velikosti aktuatorjev, vendar nas pokličite, če nišna aplikacija zahteva nekaj, česar na naši spletni strani ne vidite na zalogi: aktuatorje lahko izdelamo po meri po specifikacijah, ki jih potrebujete!