Uvod
Električni cilindri so pogosti sestavni deli sodobnih avtomatiziranih sistemov, zlasti tistih, ki zahtevajo linearno gibanje. Te naprave ponujajo natančno in zanesljivo metodo za pretvorbo rotacijskega gibanja v linearno in se pogosto uporabljajo na področjih, kot so proizvodnja, robotika in transport. V tem članku bomo raziskali notranje delovanje električnih jeklenk in načela, ki urejajo njihovo delovanje.
Osnovna konstrukcija
Na najosnovnejši ravni je električni cilinder sestavljen iz motorja, prenosnega sistema in linearnega aktuatorja. Motor ustvarja rotacijsko gibanje, ki se nato prek sistema zobnikov ali jermenov prenese na menjalnik. Prenosni sistem pretvori visokohitrostni vhodni signal z nizkim navorom motorja v izhodni signal z nizko hitrostjo in visokim navorom, ki je primeren za pogon linearnega aktuatorja. Končno linearni aktuator pretvori to rotacijsko gibanje v linearno gibanje, ki se uporablja za premikanje bremena.
Linearni aktuator
Linearni aktuator je najbolj kritična komponenta v električnem cilindru in je odgovoren za prevzem rotacijskega gibanja od prenosa in njegovo pretvorbo v linearno gibanje. Obstaja več vrst linearnih aktuatorjev, vendar so najpogostejši aktuatorji s krogličnim vijakom, aktuatorji z jermenskim pogonom in linearni motorji.
Aktuatorji s krogličnimi vijaki*
Pogoni s krogličnim vijakom uporabljajo vodilni vijak in kroglične ležaje za pretvorbo rotacijskega gibanja v linearno. Vodilni vijak ima vijačni navoj, ki mu omogoča premikanje skozi matico med vrtenjem. Matica vsebuje vrsto krogličnih ležajev, ki vozijo v vijačnem utoru vodilnega vijaka, in ko se vodilni vijak vrti, se kroglični ležaji potiskajo vzdolž gredi, zaradi česar se matica premika linearno. Ta vrsta aktuatorja je zelo natančna in lahko zagotavlja visoke sile in hitrosti.
Aktuatorji z jermenskim pogonom*
Aktuatorji z jermenskim pogonom uporabljajo zobati jermen za prenos rotacijskega gibanja s prenosa na linearni aktuator. Jermen je običajno narejen iz ojačane gume ali polimera in je zankan okoli dveh jermenic. Jermenica na strani motorja je pritrjena na gred motorja, medtem ko je jermenica na strani linearnega aktuatorja pritrjena na vodilni vijak ali mehanizem z zobato letvijo. Ko se motor vrti, se jermen jermenice zaskoči, kar povzroči premikanje linearnega aktuatorja.
Linearni motorji*
Linearni motorji uporabljajo elektromagnetno polje za ustvarjanje linearnega gibanja. Te naprave so sestavljene iz statorja, ki vsebuje niz elektromagnetov, in linearnega gibalca ali translatorja, ki vsebuje niz trajnih magnetov. Ko na statorske tuljave teče električni tok, nastane magnetno polje, ki potiska ali vleče linearno premikalo vzdolž statorja, kar ustvarja linearno gibanje. Linearni motorji so neverjetno hitri in natančni ter se pogosto uporabljajo v hitrih proizvodnih linijah in robotskih sistemih.
Izbira motorja
Izbira pravega motorja za električni cilinder je ključnega pomena za njegovo delovanje in dolgo življenjsko dobo. Pri izbiri motorja je treba upoštevati več dejavnikov, vključno z zahtevami glede obremenitve, hitrostjo, delovnim ciklom in okoljskimi pogoji. Nekateri najpogostejši tipi motorjev, ki se uporabljajo v električnih cilindrih, vključujejo indukcijske motorje na izmenični tok, brušene enosmerne motorje, brezkrtačne enosmerne motorje in koračne motorje.
AC indukcijski motorji*
Indukcijski motorji na izmenični tok se običajno uporabljajo v električnih cilindrih zaradi svoje vzdržljivosti in nizkih stroškov. Ti motorji delujejo z uporabo izmenične napetosti na statorske tuljave, ki ustvarjajo vrtljivo magnetno polje. Interakcija med magnetnim poljem in rotorjem inducira tok v navitjih rotorja, kar ustvari drugo magnetno polje. Interakcija med tema dvema poljema ustvarja navor, ki povzroči vrtenje rotorja. AC indukcijski motorji so zelo učinkoviti in so idealni za aplikacije z visoko obremenitvijo, ki zahtevajo visok navor pri nizkih vrtljajih.
Brušeni enosmerni motorji*
Brušeni enosmerni motorji uporabljajo komutator in ščetke za zagotavljanje električne energije navitjem armature. Ko na krtačo deluje napetost, tok teče v armaturo, zaradi česar se vrti. Ko se armatura vrti, ščetke pridejo v stik z različnimi segmenti komutatorja, spremenijo smer toka in povzročijo, da motor ohranja vrtenje. Brušeni enosmerni motorji so preprosti, zanesljivi in učinkoviti, vendar imajo omejeno življenjsko dobo zaradi obrabe ščetk.
Brezkrtačni enosmerni motorji*
Brezkrtačni enosmerni motorji so podobni brušenim enosmernim motorjem, vendar uporabljajo elektronsko komutacijo namesto mehanskih ščetk. Sestavljeni so iz statorja z več navitji in rotorja s trajnimi magneti. Senzorji Hallovega učinka se uporabljajo za zaznavanje vrtenja rotorja, elektronski krmilnik pa se uporablja za napajanje statorskih navitij v pravilnem zaporedju, da se rotor še naprej vrti. Brezkrtačni enosmerni motorji so zelo učinkoviti in imajo daljšo življenjsko dobo kot brušeni enosmerni motorji.
Koračni motorji*
Koračni motorji so edinstveni motorji, ki se premikajo v diskretnih korakih, zaradi česar so zelo natančni. Sestavljeni so iz rotorja z več zobmi in statorja z več elektromagneti. Elektronski krmilnik vklopi elektromagnete v določenem zaporedju, da ustvari magnetno polje, ki vleče zobce rotorja v smeri urinega kazalca ali nasprotni smeri urinega kazalca. Koračni motorji so idealni za aplikacije, ki zahtevajo natančen nadzor nad položajem in hitrostjo motorja.
Prenosni sistemi
Prenosni sistemi se uporabljajo v električnih cilindrih za zmanjšanje hitrosti motorja in povečanje njegovega izhodnega navora na linearni aktuator. Obstaja več vrst prenosnih sistemov, vključno s sistemi planetnih zobnikov, sistemi čelnih zobnikov in sistemi zobatega jermena.
Sistemi planetnega gonila*
Sistemi planetnih zobnikov so sestavljeni iz osrednjega sončnega zobnika, planetnih zobnikov in zunanjega zobnika. Planetni zobniki so nameščeni na skupnem nosilcu, ki se vrti okoli osrednjega sončnega zobnika. Ko se planetni zobniki vrtijo, se ujamejo z zunanjim obročastim zobnikom, kar povzroči, da se vrti. Sistemi planetnega gonila so zelo učinkoviti in lahko zagotovijo visoko reduktorsko razmerje v kompaktnem paketu.
Sistemi čelnih zobnikov*
Sistemi s čelnimi zobniki so sestavljeni iz niza zobnikov z zobmi, ki se med seboj ujamejo za prenos navora in rotacijskega gibanja. Sistemi s čelnimi zobniki lahko zagotovijo širok razpon redukcijskih razmerij in se pogosto uporabljajo v aplikacijah, ki zahtevajo visok izhodni navor.
Sistemi zobatega jermena*
Sistemi zobatega jermena uporabljajo zobati jermen za prenos rotacijskega gibanja z motorja na prenosni sistem. Zobati jermeni so zelo natančni in zanesljivi ter lahko zagotovijo visoko reduktorsko razmerje brez potrebe po velikih sklopih zobnikov. Vendar pa niso primerni za aplikacije z visokim navorom.
Zaključek
Električni cilindri so vsestranske naprave, ki se uporabljajo v številnih industrijskih in komercialnih aplikacijah. Zagotavljajo lahko natančno in zanesljivo linearno gibanje, zaradi česar so idealni za naloge, ki zahtevajo avtomatizacijo in robotiko. Z razumevanjem osnovnih principov, ki urejajo njihovo delovanje, vključno z izbiro motorja in prenosnih sistemov ter vrsto uporabljenega linearnega aktuatorja, lahko izberete pravi električni cilinder za svoje posebne potrebe.