Förenklade beräkningar för att välja ställdonsparametrar

Det finns elektriska och mekaniska överväganden som måste beaktas vid implementering av ett linjärt ställdon. Det kan ibland vara svårt att välja rätt storlek och kraft. Till exempel kan ställdonet vara klassat för att hantera dubbelt så stor vikt som en fallucka i termer av kraft, men ändå ha svårt att öppna den. Detta kan hända på grund av kraftangreppsvinkeln eller otillräcklig hävstångseffekt.

I den här bloggen kommer vi att dela med oss av en uppsättning förenklade beräkningar som skulle ge en bra utgångspunkt för krav på kraft och slaglängd för ett linjärt ställdon.

Linjär rörelse

När vi pratar om linjär rörelse menar vi att lastens rörelse är linjär och detta kan vara i form av en lyftanordning eller en pump. Den här bloggen kommer främst att behandla vertikal rörelse, men samma tekniker kan vara användbara för att analysera horisontell rörelse även. Låt oss ta en titt på exemplet i figuren nedan.

Figur 1: Linjär rörelse med ställdon i en vinkel

Här har vi ett ställdon i en vinkel som försöker förflytta en massa uppåt. Massan har rullar på båda sidor för att indikera att den bara kan röra sig uppåt och nedåt. Monteringsplatserna på fram- och baksidan av ställdon är fasta på plats så att de bara kan rotera.

Beräkning av ställdonets slaglängd

Om X1 var 0, den linjär ställdon skulle inte längre vara i vinkel så den vertikala sträckan som lasten skulle färdas skulle vara lika med slaglängden.

Låt oss undersöka ett mer utmanande fall där X1 är inte 0. För att uppnå vertikal rörelse av lasten, då elektriskt ställdon skulle behöva båda förlänga och roteraDetta är fördelaktigt eftersom ställdonet tar upp mindre plats. Då kommer slaglängden inte att vara lika med den vertikala förskjutningen. För att hitta slaglängden skulle vi behöva göra lite lätt matematik!

Kom ihåg att slaget helt enkelt är skillnaden mellan den fullt utsträckta ställdonslängd och den helt indragna ställdonets längd.

De helt indragna och utsträckta ställdonlängderna är hypotenusan i en triangel som utgör de bakre och främre fästena.

Figur 2: Beräkning av indragna (L1) och utdragna (L2) längder på ett ställdon

Med hjälp av denna metod kan vi hitta den slaglängd som motsvarar massans önskade vertikala rörelsesträcka. Baserat på formeln gäller att ju mindre X1-värdet är, desto mer motsvarar slaglängden den vertikala rörelsen. Om X1 är stor kommer små ökningar av slaglängden att leda till stora förändringar i den vertikala rörelsesträckan.

Om ställdonet placerades strikt vertikalt skulle höjdförändringen helt enkelt vara lika med ställdonets förlängning. Att placera ställdonet i en vinkel ökar massans totala linjära rörelseområde och ställdonet kan ta upp mindre plats. Med det sagt kommer det också att orsaka viss sidobelastning och vi måste vara försiktiga så att vi inte orsakar stång på ställdonet att böja. Kortare slaglängder rekommenderas när ställdonet placeras i en sådan vinkel.

Figur 3: Jämförelse av slaglängd kontra förflyttningsavstånd för linjär rörelse

Beräkning av ställdonets kraftklassificering

Vi kan fortsätta använda triangelegenskapen för att hitta ställdonskraftObservera att om ställdonet är i en vinkel kommer den kraft det applicerar att delas upp i en horisontell och en vertikal komponent. Den horisontella komponenten av kraften bidrar inte till rörelsen. Den vertikala komponenten av kraften kommer att trycka massan uppåt, så vi måste se till att det finns tillräckligt med kraft från ställdonet hela tiden.

Figur 4: Kraftfördelning för linjär rörelse

Vi börjar med att beräkna massans vertikala kraft.

Vi kan beräkna den erforderliga vertikala kraften för ställdonet enligt följande:

Här använder vi L1 eftersom ställdonet har den lägsta vertikala kraften när det är helt indraget. välja ett ställdon, måste vi se till att den kan hantera dynamisk och statisk kraft som är högre än Totalt som vi har beräknat.

Roterande rörelse

När vi pratar om rotationsrörelse menar vi att lasten eller massan roterar runt någon axel. Detta kan vara en applikation med en öppningsbar dörr eller lucka. Det kan till och med vara att luta ett flak på en lastbil.

Figur 5: Rotationsrörelse med ett ställdon i en vinkel

I figur 5 tittar vi på en sidovy av en vertikal dörr eller lucka som är inställd för att öppnas med ett linjärt ställdon. Full indragning av ställdonet indikeras av position ① och full utskjutning indikeras av position ②. Ett ställdon är monterad i vinkel, både i full utsträckning och i full indragning. 

Exemplet använder det linjära ställdonet monterat i en vinkel för att ge ett mer generellt fall. Om du vill hitta ställdonets slaglängd och kraft när det är monterat vinkelrätt mot dörren kan du fortsätta med guiden men ställa in följande:

Beräkning av ställdonets slaglängd

Vi kommer att använda samma triangelmetod som vi använde i avsnittet om linjär rörelse den här gången. Den enda förändringen är att trianglarna är konstruerade annorlunda den här gången.

Figur 6: Beräkning av indragen (L1) och utdragen (L2) ställdonslängd

Precis som tidigare är slaglängden skillnaden mellan ställdonets helt utfällda och helt infällda längd. Vi kan enkelt beräkna den enligt följande:

I det här fallet beror ställdonets slaglängd i hög grad på placeringen av de främre och bakre fästena. Ju närmare vi placerar det främre fästet dörrens gångjärn, desto mindre måste ställdonet röra sig för att öppna eller stänga dörren. På samma sätt, ju närmare det bakre fästet är gångjärnet, desto mindre slag krävs för att öppna dörren.

Det finns en brytpunkt där en förflyttning av ställdonet längre bort från gångjärnet inte längre orsakar stora förändringar i ställdonets slaglängd eftersom ställdonets längd nära matchar dörrens längd och det mesta av rörelsen sker genom rotation. Detta är inte en bra position för ställdonet eftersom hävstångseffekten är mycket dålig, men vi kommer att diskutera det i senare avsnitt.

Figur 7: Slaglängd i förhållande till frontmonteringsposition (dvs. avstånd från frontmontering till dörrgångjärn)

Figur 8: Slaglängd i förhållande till bakre monteringsposition

Vi kan se från figur 8 att varierande bakre monteringsposition påverkar den erforderliga slaglängden, men effekten tenderar att plana ut ganska snabbt.

Beräkning av ställdonets kraftklassificering

För att hitta kraftklassningen för vårt ställdon måste vi bestämma den förväntade belastningen på dörren. Eftersom dörren roterar runt dörrgångjärnen räcker det inte att bara känna till dörrens massa för att bestämma kraften som utövas på ställdonet. För den här tillämpningen behöver vi hitta masströghetsmoment av dörren.

Intuitivt vet vi att det är mycket enklare att öppna en dörr med ett dörrhandtag (som sitter långt ifrån gångjärnet) än att öppna en dörr genom att trycka någonstans nära gångjärnet.

Figur 9: Representation av en dörröppning vertikalt

Tröghetsmomentet (betecknat som I) för den vertikalt öppnande dörren runt gångjärnet kan beräknas enligt följande:

Nu när vi har tröghetsmomentet vet vi det vridmoment som ställdonet måste applicera på dörren för att få den att röra sig. Därför kan vi beräkna kraften enligt följande:

Denna kraft kallas F-normal eftersom detta bara är en komponent av den kraft som appliceras på ställdonet och inte hela kraften. Det illustreras bättre i figur 10. Som du kan se, F-normal verkar inte längs L1- eller L2-linjen, utan i en vinkel.

Figur 10: Monteringsplats för ställdonen

Det betyder att vi måste konvertera F-normal från bara en komponentkraft till full ställdonskraft. Eftersom vår last är en roterande dörr, F-normal kraften förblir konstant, men belastningen som appliceras på ställdonet ändras. Till exempel, när ställdonet är helt indraget i position ①, dörrgångjärnet tar upp det mesta av belastningen, så ställdonet kommer inte att uppleva mycket kraft förrän det måste flytta dörren. Å andra sidan, när ställdonet är i fullt utfällt läge. ② Dörrgångjärnet stöder inte dörren lika mycket. I så fall måste ställdonet bära huvuddelen av lasten.

Vi kan beräkna den indragna och utdragna kraften som behövs för ställdonet. Beroende på montering Under vissa förhållanden kan kraften i utfällt läge vara högre än kraften i infällt läge, eller så kan den vara tvärtom. Av denna anledning måste vi beräkna båda och välja den högsta för att säkerställa att vår applikation är robust.

Till exempel, i figur 10, skulle den högsta kraften appliceras på ställdonet när det är helt utfällt. Då måste den minsta kraftklassificeringen för ställdonet vara lika med eller högre än F förlängd.

Slutsats

I den här bloggen tittade vi på förenklade sätt att beräkna önskad kraftklassning och slaglängd för linjära ställdonEkvationerna i den här bloggen kan användas för att beräkna ungefärliga krav för lastens linjära och roterande rörelse. Kontakta oss på sales@progressiveautomations.com för ytterligare frågor så hjälper vårt ingenjörsteam dig gärna.