Линейни модули и актуатори

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 5/2018 • 19.07.2018

Линейни модули и актуатори
Линейни модули и актуатори

Линейните модули и актуатори са фабрично завършени изделия за линейно движение, които се изготвят от специализирани фирми и се предоставят на клиентите в готов вид в крайни изделия с цел механизиране и автоматизиране на дейности в различни сектори от индустрията и бита.

Линейни модули
Линейният модул представлява самостоятелна конструктивна единица, предназначена за реализиране на линейно движение на подвижен орган с възможност за позициониране в произволна точка от работния ход. Подвижният орган се изработва във вид на монтажна плоча, върху която клиентът разполага своето работно устройство (шпинделна кутия, въртяща маса и т. н.). Задвижва се от електрически двигател и може да бъде доставен с двигател или без. Във втория случай задача на клиента е подбере предпочитан от него двигател и система за управление.

Чрез линейните модули могат да бъдат премествани и позиционирани с определена точност предмети или уреди както по една ос, така и в равнината и триизмерното пространство.

Едноосни линейни модули
Едноосните линейни модули имат праволинейно движение на подвижния орган по една ос. Задвижването може да става чрез различни механични предавки - винтова, сачмено-винтова, ремъчна, зъбно-ремъчна, верижна, зъбно колело - зъбен гребен. Чрез комбиниране на различни направляващи и задвижвания могат да се получат линейни модули с търсена точност, носеща способност, допустим въртящ момент, стабилност, скорост на движение, възможност за хоризонтално, вертикално и странично монтиране.

Линейните модули могат да бъдат доставени с необходимите електрически изключватели, сигнализиращи за край на хода. Двигателите, които се използват, могат да бъдат постояннотокови, асинхронни, синхронни и стъпкови. При големи ходове и необходимост от големи скорости и ускорения, вместо обичайните ротационни двигатели, може да бъде монтиран линеен двигател. Ако има изискване за висока точност на позициониране, постигане и поддържане на точна скорост на движение, подходящото решение е сервозадвижване. То се доставя комплектно, в което освен двигателя и системата за управление, се включват и необходимите сензори за обратна връзка.

В случаите на едноосен линеен модул, задвижван от сачмено-винтова двойка, подвижният орган e фиксиран върху четири колички и се движи по търкалящи релсови направляващи. В челната част на модула е монтирана кутия, в която клиентът разполага съединителя, а към фланеца присъединява двигателя. При едноосен модул, задвижван от зъбно-ремъчна предавка, подвижният орган е свързан твърдо с ремъка на зъбно-ремъчната предавка и може да бъде придвижван в една или друга посока в зависимост от посоката на въртене на предавката. Водещата шайба на зъбно-ремъчната предавка се задвижва от входящия вал, към който се монтира двигателят. Двигателят се закрепва към тялото на модула, което може да е изработено от стомана или алуминий. Задвижването на едноосния модул може да стане и ръчно.

Фирмите предлагат широка гама от типоразмери. Например може да се избере дължина на работния ход от няколко сантиметра до няколко метра, а носещата способност - от няколко грама до тонове. Максималната скорост обикновено е до 10 m/s, геометричната точност – до
10 mm.

Дву- и триосни линейни модули
На базата на едноосните линейни модули, посредством използването на различни системи за закрепване, могат да се създават многоосни системи. Двуосен модул, наричан още “координатна маса”, е получен от разполагането един върху друг на два линейни модула. Координатната маса получава възможност за движение по условните оси X и Y. Движението по ос Y е преносното движение, а движението по ос Х - относителното. В резултат се получава абсолютно движение на координатната маса, което е сума от двете движения. В зависимост от системата за управление, абсолютното движение на координатната маса може да e само позициониращо, но може и да следва програмирана траектория- най-често срещано е сумарното движение по права линия, ориентирана произволно спрямо осите X и Y, и движение по дъга от окръжност, описвана по или обратно на часовниковата стрелка. За подобряване на динамиката в редица случаи може да се предпочете усилване на задвижването на преносното движение. На фиг. 1 са показани примери, илюстриращи използването на линейни модули за изграждането на носещите системи на трикоординатни технологични устройства (пълнещи, сглобяващи и др.).

Линейни актуатори
Линейният актуатор представлява самостоятелна завършена конструктивна единица, задвижвана от електрически двигател и предназначена за реализиране на осово движение на работния орган между две крайни точки. Работният орган е във вид на прът, който се свързва с подвижния орган и има равностойни по скорост и тягово усилие две посоки на движение.

Функцията на линейния актуатор съвпада напълно с тази на хидро- и пневмоцилиндъра и поради това за тях в практиката се е утвърдило названието “електромеханичен цилиндър”. Тази функция е илюстрирана на фиг. 2 чрез хидроцилиндър, чийто работен орган е бутален прът, който има две работни позиции - предна и задна. Съответно работата, която извършва, е да изтласква чрез буталния прът подвижния орган напред и да го притегля обратно назад. Действието на хидроцилиндъра е познато - при подаване на масло под налягане в работната камера буталото започва да се движи наляво и твърдо свързаният с него бутален прът излиза от цилиндъра (посока напред) и изтласква подвижния орган, който е свързан с него посредством шарнир. Маслото в неработната камера отива на слив. Движението спира при достигане на предна позиция. За реализиране на движението назад, маслото под налягане се подава в другата камера, буталният прът започва да се движи назад и притегля подвижния орган до задна позиция. Тъй като работната площ на буталото при движение назад е по-малка (при постоянно налягане), силата на притегляне е по-малка от силата на изтласкване. По аналогичен начин действа и пневмоцилиндърът.

Хидро- и пневоцилиндрите имат редица недостатъци, които в съвременната практика се отстраняват чрез заменянето им с електромеханични цилиндри. Предимствата на електромеханичния цилиндър са:
• компактна конструкция, която позволява монтиране в малки пространства;
• висок коефициент на полезно действие, който надхвърля 0,8, докато при хидроцилиндрите е 0,35...0,40, а при пневмоцилиндрите още по-малък; това позволява някои мобилни приложения да се захранват с батерии или акумулатори;
• лесно управление и синхронизиране на работата на два и повече актуатора;
• равностойност на работната сила в двете посоки на движение;
• опростена експлоатация и обслужване;
• не се нуждаят от допълнително оборудване;
• осигуряват по-благоприятна санитарно-хигиенна среда за персонала, тъй като работата им не е съпроводена с голям шум, изтичане на масло, замърсяване на въздуха и др.;
• поради високите си санитарно-хигиенични характеристики могат да се използват в медицинско оборудване;
• независимост на работните характеристики от изменението на температурата: при повишаване на температурата вискозитетът на маслото пада; в пневмоцилиндрите е по-трудно поддържането на равномерност на движението и прецизност на управлението поради свиваемостта на въздуха;
• електроенергията е по-евтина от хидроенергията; последната ползва електроенергия за поддържане на налягането независимо от това дали има движение или не.

В основата на конструкцията на линейния актуатор лежи сачмено-винтова двойка (или ролкова винтова двойка) и прът, разположени в корпус, а също така задвижващ електродвигател извън корпуса. Връзката между двигателя и двойката винт-гайка може да става чрез ремъчна и зъбно-ремъчна предавка, зъбна предавка, директно свързване.

Статията е разработена по материали на доц. д-р инж. Пламен Угринов

ЕКСКЛУЗИВНО

Top