Utilizarea motoarelor liniare are următoarele avantaje față de circuitele cu servomotoare: precizie de poziționare; alimentarea ulterioară mică (microni); viteză mare (peste 3 m / s); accelerație ridicată (80 m / s 2); niciun drum mort; zgomot redus chiar și la viteza maximă; posibilitatea de a efectua mici mișcări de lucru; nu există deformări elastice ale elementelor de antrenare (curea dințată SCW); lungă durată de viață și fiabilitate. Dezavantajele sunt: cerințe ridicate pentru acuratețea fabricării elementelor mașinilor; disponibilitatea sistemului de răcire; costul ridicat.
Un sistem servo tipic bazat pe un motor liniar (Figura 1) include: un motor liniar format dintr-o secțiune primară și secundară; unitate de control (nu este prezentată în figură); tabel de lucru; ghiduri de ghidare; senzor de feedback; lanț de fixare prin cablu; limitator de deplasare; tampon.
Pentru a monitoriza viteza, poziția sistemului și comutarea motorului, se utilizează un senzor de deplasare liniară. Acest nod convertește mișcarea măsurată într-o secvență de semnale electrice care conține informații despre magnitudinea și direcția acestor deplasări. Traductorul constă dintr-un cap de măsurare și o riglă, iar între ele nu există un contact mecanic. De regulă, acestea sunt senzori optoelectronici, dar pot fi utilizați și sisteme magnetice și de inducție.
Motorul liniar, precum și cel rotativ, constă din două părți: secțiunea primară și secundară. Secțiunea principală corespunde statorului motorului rotativ. Acesta include un circuit magnetic laminat cu un înfășurare trifazată și un senzor de temperatură. Secțiunea secundară este un rotor constând dintr-un cadru de susținere din oțel cu magneți permanenți atașați la acesta. Secțiunile primare și secundare sunt închise în cochilii.
Relativ vorbind, motorul linear (figura 2) este un motor rotativ, care este tăiat și "desfăcut" într-o stare plată. Prin urmare, principiile muncii rămân neschimbate. Cu toate acestea, într-un motor liniar, mișcarea se face prin secțiunea primară (înfășurare) cu o secțiune secundară instabilă (rotor).
Câmpul magnetic de acționare este generat de înfășurarea secțiunii primare. Câmpurile secțiunii secundare și câmpul magnetic rezultat din secțiunea primară creează mișcarea în direcția corespunzătoare prin crearea unei forțe de tracțiune. Poziția vectorului rezultat este determinată de fazele curenților invertorului, iar amplitudinea vectorului și, în consecință, forța dezvoltată de motor, este determinată de amplitudinile curenților de fază.
Pentru funcționarea normală a motorului liniar, este necesar să se reziste cu exactitate spațiului dintre secțiunea primară și cea secundară. Pe măsură ce clearance-ul crește, capacitatea de încărcare a motorului scade. În acest sens, cerințele privind precizia suprafețelor de montaj sunt sporite. Mărimea și precizia spațiului de aer este influențată de ghidajele de mișcare rectilinie și de masa de lucru.
Ca și servomotorul, motorul liniar este controlat de unitatea de comandă. Modelul unității de comandă este determinat de tipul selectat de motor liniar.
Pe o axă, pot fi instalate două secțiuni primare, care funcționează în paralel de la o unitate de comandă. Aceste secțiuni trebuie să aibă aceeași dimensiune cu același tip de înfășurare. Distanța dintre secțiunile primare este determinată de pozițiile necesare ale fazelor electrice. Structurile permise ale secțiunilor și distanțele dintre ele sunt prezentate în documentația motorului.
Un loc critic pentru motoarele liniare este regimul de temperatură. Producătorii oferă motoare lineare cu răcire cu aer și apă (ulei). Poate fi același motor care rulează în moduri diferite.
Răcirea prin răcire simplifică foarte mult proiectarea mașinii, însă efortul nominal de tracțiune (≈ 2 ori) este redus semnificativ. Forța maximă a motorului rămâne aceeași. În Fig. 3 prezintă o schemă simplă de răcire cu apă. Firește, prezența răcirii face ca proiectarea întregii mașini să fie mai dificilă.
Într-un efort de îmbunătățire a răcirii motorului, producătorii introduc elemente suplimentare de răcire în designul său. În Fig. 4 (a) prezintă proiectarea secțiunii primare a motorului Sew-Eurodrive cu răcire cu aer, în care este aplicat un ventilator. În Fig. 4 (b) reprezintă un motor liniar de la Siemens cu un răcitor suplimentar de apă pentru răcirea direcțională a circuitelor primare și de răcire ale secțiunilor secundare.
Pentru a preveni supraîncălzirea, motorul liniar este echipat cu un senzor de temperatură. Senzorul oprește motorul la o temperatură de înfășurare de ≈ 120 ° C.
Principalele caracteristici ale motorului liniar includ: forța nominală de tracțiune FN. H; efort maxim de tracțiune Fmax. H; viteza maximă este Vmax. m / s; Forța de atracție magnetică a secțiunii primare - lungimea L, mm și lățimea B, mm. Figura 5 prezintă dependența tipică a efortului de tracțiune de viteza liniară. Forța nominală FN, specificând zona de operare cu o sarcină constantă, este determinată de regimul de temperatură. Cu efort maxim, motorul poate funcționa pentru o perioadă limitată de timp și nu în întreaga gamă de viteze.
Tabelul 1 prezintă date despre caracteristicile motoarelor liniare de la diferiți producători. Forța de tracțiune nominală este dată pentru răcirea cu aer și apă (separate de semnul "/"). În mod firesc, toate modelele nu pot fi reprezentate într-o singură masă. Cataloage complete sunt furnizate de producători sau dealerii lor.
Tabelul 1. Caracteristicile motoarelor liniare
Alegerea motorului linear se bazează pe determinarea efortului de tracțiune necesar. Acest calcul presupune că secțiunea secundară a motorului liniar este staționară. În prima etapă, selectăm mai întâi motorul folosind formula
_ _ _
Fmax = 1,5 # 8729; (Fg + Fa),
unde Fg. H este componenta efectivă a forței gravitaționale (figura 7, a); Fa este forța energiei care are loc în timpul accelerării. De obicei, este necesar un motor cu tracțiune maximă. În funcție de producător, selectăm motorul cu Fmax necesar și viteza necesară Vmax.
Apoi, este necesar să se determine forța de frecare Fr. H, care apare în ghidurile de rulare (figura 7, b) prin formula
_ _ _
Fmax = μ # 8729; (Fn + Fd),
unde Fn este componenta normală a forței de frecare; Fd este forța de atracție magnetică a secțiunii primare. Prin urmare, putem scrie Fr = μ # 8729; [(M + m) # 8729; g # 8729; sin α + Fd], unde μ, kg este masa secțiunii primare.
Apoi, determina forța de inerție Fa. H, care are loc în timpul accelerării / decelerării motorului, utilizând formula Fa = (M + m) # 8729; a.
Suma forțelor care acționează asupra sistemului este dată de
_ _ _ _ _ _
Fm = Fc + Fg + Fa + Fr.
Este necesară construirea ciclogramelor tuturor forțelor care acționează asupra motorului și a ciclogramei rezultate (figura 8). În acest caz, este necesar să se determine cu precizie forța maximă necesară Fmax. H. Motorul preselectat trebuie să dezvolte efortul maxim de tracțiune necesar.
Pe lângă forța maximă, este necesar să se determine forța nominală cu care motorul poate funcționa mult timp. Forța nominală de tracțiune FN. H, este limitat de temperatura motorului și în cazul general este determinat de formula
Cu o ciclogramă rezultată în trepte, încărcarea (Fig.8b) (direcția de rulare) FN = √1 / t # 8729; (F1 2 t1 + F2 2 t2 + F3 2 t3 + ... + Fn2 tn).
După selectarea secțiunii primare, trebuie să selectați secțiunea secundară. Lungimea secțiunii secundare (figura 9, a) Ls. mm este determinat de formula Ls ≥ L + Lp + (2 # 8729; SE), unde L, mm - cursa de lucru; Lp. mm - lungimea activă a secțiunii primare; SE. mm - rezervă de putere pentru comutare (≈ 20 mm).
Pe una dintre secțiunile secundare care pot fi instalate mai multe elemente primare (Figura 9 b). Lungimea secțiunii secundare, respectiv, ar trebui să fie mărită cu lungimea secțiunii primare și decalajul dintre secțiunile. Dacă secțiunea primară sunt controlate prin diverse amplificatoare servo cu sisteme de măsurare separate (cum ar fi de master unitate / slave), diferența dintre ele este determinată de cerințele părților mecanice ale sistemului - lungimea fișă de conectare, raza de îndoire, etc. În cazul în care secțiunile primare sunt controlate de o unitate, în paralel, diferența dintre ele ar trebui să fie adoptate în conformitate cu desenul de instalare.
Cursa necesară poate fi asigurată de un set de secțiuni secundare de diferite lungimi. Lungimile secțiunilor secundare sunt specificate de producător. Este adesea mai avantajos să folosiți un număr mare de segmente scurte în loc de câteva lungi.
Forța maximă nu depinde de tipul de răcire. Cu un efort nominal egal, un motor liniar răcit cu apă va fi mai mic și, prin urmare, mai ieftin. Cu toate acestea, costul sistemului de răcire va adăuga la costul motorului. Se recomandă utilizarea răcirii cu apă pentru motoarele cu ciclu intensiv de acționare (accelerare frecventă, frânare, muncă prelungită cu efort mare).
Costul secțiunii primare a motoarelor lineare cu forță egală este mai mic pentru secțiunile cu o lungime mai scurtă și o lățime mai mare. Cu toate acestea, costul secțiunii secundare este mai mic, cu o lățime mai mică. Prin urmare, pentru un mic curs de lucru (mai mic de 1 m), se recomandă alegerea unui motor cu o lungime mai mică și o lățime mai mare a secțiunii primare. Când se deplasează mai mult de 1 m - secțiunea primară cu o lungime mai mare și o lățime mai mică.
Viteza maximă a unui motor liniar depinde de valoarea curentului la o anumită tensiune de alimentare. Este necesar să alegeți designul motorului cu cea mai mică viteză, care este cel mai apropiat de cel dorit.
Servomotoarele aparțin domeniului ingineriei mecanice, care se numește "mecatronică". Acest termen combină noțiunile de "mecanism" și "electronică". Realizările electronicii ne permit să numim aproape orice mecanism modern mecatronic. În același timp, se aude adesea că "acest lucru este scump", "nu este pentru condițiile noastre", etc. Sau poate amintiți încă o dată cuvintele academicianului VN Chelomey: "Pentru sistemul a fost mai stabil, trebuie să se agită adesea".
M. Grankin, inginer proiectant
Jurnalul "Lumea Ingineriei și Tehnologiei"