Siłowniki z elektrycznym silnikiem liniowym a siłowniki pneumatyczne

Rys. 1. Silniki liniowe pozwalają na uzyskanie oszczędności rzędu 3200 euro

Dla inżynierów jest rzeczą powszechnie wiadomą, że wytwarzanie i przesył sprzężonego powietrza wykorzystywanego potem przez siłowniki pneumatyczne nie jest oszczędnym procesem. Z tego względu w przemyśle występuje wyraźna tendencja do przechodzenia w kierunku najnowszych rozwiązań wykorzystujących siłowniki elektryczne.

Konstrukcje te są często w stanie zapewnić lepsze parametry eksploatacyjne przy jednoczesnym niższym łącznym zużyciu energii. W rzeczywistości, w oparciu o przeprowadzone testy, w przypadku typowego zastosowania jednego siłownika szacuje się uzyskanie oszczędności w kwocie 3200 euro w okresie dwóch lat.

W instalacjach pneumatycznych proces wykorzystujący sprężone powietrze przebiega w dwóch etapach. Najpierw przy użyciu energii elektrycznej wytwarzane jest sprężone powietrze, następnie zaś ciśnienie sprężonego powietrza musi zostać przekształcone na liniowy ruch przy użyciu siłownika pneumatycznego. Podobnie dwa etapy wymagane są również w przypadku tradycyjnego rozwiązania z użyciem energii elektrycznej, mianowicie obroty silnika elektrycznego zostają przekształcone na ruch liniowy siłownika elektrycznego.

Jednak ten podwójny etap można ograniczyć, uzyskując tym samym oszczędności energii, przez zastosowanie rozwiązania wykorzystującego liniowy, tłoczyskowy silnik elektryczny, na przykład napęd serii ETT firmy Parker Hannifin. Napędy te są w stanie bezpośrednio generować ruch liniowy. W napędach tego typu wykorzystywana jest zasada elektromagnetyzmu, zgodnie z którą pole magnetyczne wytwarzane przez stojan oddziałuje na magnesy silnika, generując ruch liniowy.

Inną korzystną cechą tłoczyskowego, liniowego silnika elektrycznego w porównaniu z rozwiązaniem pneumatycznym jest dokładne pozycjonowanie osiągane na całej długości skoku. Zastosowanie sprzężenia zwrotnego z użyciem zintegrowanego analogowego czujnika położenia umożliwia uzyskanie dokładności pozycjonowania sięgającej 0,05 mm. Ponadto możliwa jest skończona regulacja siły dzięki dokładnej regulacji prądu zasilającego silnik w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego.

Techniczne zalety najnowszych tłoczyskowych silników liniowych są oczywiste, ale jak wygląda porównanie kosztów? Weźmy pod uwagę następujące parametry typowego zastosowania: masa przesuwanego obciążenia 15 kg; 30 cykli na minutę; prędkość 0,8 m/s; przyspieszenie 2,4 m/s²; koszt 1 kWh energii elektrycznej 0,12 euro; koszt wyprodukowania 1 m³ sprężonego powietrza 0,03 euro oraz 10% na dodatkowe straty w filtrach i przewodach instalacji sprężonego powietrza. W takim zastosowaniu rozwiązanie pneumatyczne pracuje przy ciśnieniu około 2 barów (4,3 litra/cykl), natomiast rozwiązanie ETT zużywa jedynie 30 W energii elektrycznej na każdy cykl.

Pomimo że koszty początkowe w przypadku rozwiązania z silnikiem liniowym są wyższe niż w przypadku rozwiązania pneumatycznego, całkowite oszczędności kosztów energii w przypadku tego pierwszego rozwiązania w niedługim czasie staną się znaczne. Na przykład układ z silnikiem liniowym przyniesie zwykle zwrot z inwestycji przed upływem roku. Po upływie 24 miesięcy od momentu zainstalowania oszczędności wzrosną do około 3200 euro. Dotyczy to tylko jednego siłownika - pomnożenie tej sumy przez liczbę siłowników znajdujących się na typowej linii montażowej daje wyobrażenie o możliwych do uzyskania bardzo dużych oszczędnościach.

Oprócz zmniejszenia kosztów energii i dokładnego pozycjonowania, zastosowanie tłoczyskowych silników elektrycznych zapewnia również inne korzyści. Na przykład w odniesieniu do przeglądów okresowych — tubowy silnik liniowy nie wymaga żadnej szczególnej uwagi, gdyż jego ruchomy element (tłoczysko) jest wykonany ze stali nierdzewnej i jest wysoce odporny na większość zanieczyszczeń. Montaż jest również prosty, gdyż liniowy silnik ETT jest wykonywany zgodnie z tymi samymi normami DIN-ISO 15552, które są stosowane w przypadku siłowników pneumatycznych.

Tłoczyskowy silnik liniowy może być optymalnym wyborem do każdego rodzaju zastosowań, w których występuje liniowe przemieszczanie oraz podnoszenie i układanie, gdzie wymagana jest wysoka wydajność, dokładność pozycjonowana i minimalne czasy przestoju.

Podczas doboru siłownika liniowego ważne jest uwzględnienie wszystkich parametrów zastosowania, aby wybrany siłownik był właściwie zwymiarowany. Wybór zbyt małego siłownika może spowodować, że silnik będzie pracował na granicy swoich możliwości i nie zapewni optymalnej wydajności, natomiast w przypadku wyboru zbyt dużego siłownika silnik będzie zużywał więcej energii niż będzie to konieczne.

Projektanci instalacji muszą zatem uwzględnić takie parametry, jak cykl pracy maszyny, położenie montażowe, przesuwana masa, wielkość skoku i występowanie tarcia mechanicznego. Dostępne są narzędzia internetowe ułatwiające projektantom szybki i łatwy wybór odpowiednich podzespołów. Firma Parker oferuje swoje narzędzia pod adresem: www.ettsizing.eu.

Alessandro Porro
Menedżer produktu ds. silników w Parker Hannifin
Parker Hannifin Sales Poland Sp. z o.o.
www.parker.com