Silnik liniowy czy przekładnia pasowa?

Z napędów liniowych korzysta się m.in. gdy wymagana jest duża dynamika i precyzja ruchu. Przykładów ich aplikacji można wymienić wiele – zarówno w przemyśle (nalewarki, pakowarki, maszyny dozujące, roboty kartezjańskie, drukarki 3D, instalacje energetyki odnawialnej), jak i poza nim (sprzęt ciężki, wyposażenie medyczne, jak łóżka i fotele dentystyczne, meble, okna). W artykule przedstawiamy ich podstawowe komponenty – od siłowników, przez silniki liniowe, po modułowe, rekonfigurowalne systemy transportowe, pozwalające na dynamiczne pozycjonowanie oraz ruchy po dowolnych torach.

Posłuchaj
00:00
Spis treści

Silnik liniowy czy obrotowy?

Alternatywą dla silników liniowych jest wykorzystanie silnika obrotowego w połączeniu ze śrubą albo przekładnią pasową. W pewnych zastosowaniach, na przykład w przypadku dużych obciążeń, gdy napędzana oś leży w płaszczyźnie pionowej, jest to lepszym rozwiązaniem. Generalnie jednak silniki liniowe mają przewagę nad tą konfiguracją pod względem możliwości zapewnienia bardzo dużych i małych prędkości, dużego przyspieszenia, dużej precyzji bez luzów. Ponadto uzyskanie ruchu liniowego bez użycia przekładni, elementów sprzęgających, pasów jest ogromną zaletą, ponieważ te komponenty pogarszają wydajność, niezawodność i skracają żywotność maszyny. Dalej dla przykładu przedstawiamy porównanie napędu z silnikiem liniowym i silnikiem obrotowym z przekładnią pasową.

Siłowniki liniowe – przykładowe aplikacje

Siłowniki są ważnym elementem wyposażenia turbin wiatrowych – w tych instalacjach są używane w kilku zadaniach. Jednym z nich jest regulacja ustawienia łopatek wirnika, których nachylenie powinno być dostosowane do aktualnych warunków atmosferycznych w taki sposób, by można było uzyskać moc znamionową. Za niska, jak i za duża są niepożądane, ponieważ w pierwszym przypadku instalacja pracuje nieefektywnie, z kolei w drugim może ulec zniszczeniu. Regulacja kąta nachylenia łopatek jest więc konieczna wtedy, gdy prędkość wiatru jest niewystarczająca do osiągnięcia mocy znamionowej turbiny, jak również wówczas, gdy wiatr wieje zbyt silnie. Oprócz tego ustawienie ich w pozycji, w której nie stawiają oporu wiatrowi, powoduje zatrzymanie wirnika albo pracę na biegu jałowym. Zwykle przy takim położeniu łopatek przeprowadza się serwisowanie turbiny. Siłowniki elektryczne sterują także przepustnicami wentylacyjnymi w gondoli – otwarcie i zamknięcie ich klap chroni przed niebezpiecznymi spadkami i wzrostami temperatury. Poza tym otwierają awaryjny układ smarowania, włazy i drzwi. Energetyka wiatrowa to niejedyna gałąź energetyki odnawialnej wykorzystująca siłowniki liniowe. Urządzenia te są też instalowane w mechanizmie regulującym kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu w ciągu dnia możliwa jest jego zmiana tak, by przez cały czas były ustawione względem kierunku padania promieni słonecznych w sposób, który zapewni jak największą sprawność konwersji energii słonecznej na elektryczną. Siłowniki są też ważnym komponentem wyposażenia w sprzęcie ciężkim. Ich przykładowe zastosowania to: szybkozłącza do zdalnego łączenia i rozłączania osprzętu na przykład w maszynach budowlanych oraz rolniczych, sterowanie przepustnicami, podnoszenie maski pojazdu, otwieranie i zamykanie klap zbiorników na przykład rozrzutnika nawozu w rozsiewaczach, pozycjonowanie zamiatarek w pojazdach komunalnych, drabiny i wysięgników w autach służb alarmowych, wysuwanie i chowanie ramion w spryskiwaczach owoców.

Silnik liniowy czy przekładnia pasowa?

Podstawowym ograniczeniem napędu liniowego z silnikiem obrotowym i przekładnią pasową jest wytrzymałość pasa na rozciąganie. Dokładność przesunięcia i powtarzalność ruchu również zależą od ograniczeń tego komponentu. Przykładowo, jeśli mamy przekładnię pasową składającą się z koła o średnicy 100 mm oraz przekładni 5:1, napędzaną silnikiem o prędkości 3000 obrotów/min, można uzyskać przesunięcie liniowe z prędkością 3,14 m/s. Wówczas teoretyczna rozdzielczość systemu napędowego z enkoderem o rozdzielczości 10 tys. impulsów na obrót wynosi około 6 μm. Tutaj zaznaczyć trzeba jednak, że w praktyce pozycjonowanie obciążenia pasa przez przekładnię 5:1 z dokładnością do 6 μm w powtarzalny sposób jest praktycznie niewykonalne. Składa się na to wiele czynników, które są powodem niedokładności jak: luzy pasa, jego rozciąganie, nadmierne tarcie na kole, na przykład na skutek nagromadzenia zabrudzeń. Ponadto fakt, że enkoder obrotowy mierzy położenie (obroty) wału, a nie rzeczywiste przesunięcie obciążenia, jest dodatkowym składnikiem niedokładności. Oprócz tego im dłuższy pas i im szybszy ruch, tym dłużej napęd się stabilizuje. Podsumowując, powtarzalna dokładność w praktyce możliwa do osiągnięcia w napędach z przekładnią pasową wynosi około od 25 do 50 μm. W związku z tym nie sprawdzą się w zastosowaniach wymagających dużej szybkości i precyzji ruchów liniowych. Tymczasem prędkość i precyzja (0,1 μm i mniej) silników liniowych spełniają te warunki. W ich przypadku nie występują także luzy, a dzięki bezpośredniemu połączeniu wirnika i enkodera z obciążeniem pozycjonowanie jest dokładniejsze. Napęd taki również szybciej się stabilizuje.

Spis treści
Zobacz więcej w kategorii: Temat miesiąca
Artykuły
Oil&gas i sektor chemiczny - automatyka i pomiary w branżach procesowych
Silniki i napędy
Nowoczesne przekładnie i motoreduktory - kompendium
Obudowy, złącza, komponenty
Nowoczesne kable, złącza i osprzęt kablowy
Przemysł 4.0
Smart Factory 2024
Bezpieczeństwo
Automatyka i urządzenia do zastosowań specjalnych
Przemysł 4.0
Nowoczesna intralogistyka i logistyka zakładowa
Powiązane treści
MLA: przemieszczenia liniowe i precyzyjne pozycjonowanie
Łatwy i szybki sposób na stworzenie robota
Zobacz więcej z tagiem: Silniki i napędy
Seminarium
Webinar - Small is beautiful: microdrives made for great jobs
Gospodarka
Targi Bauma: Bosch zaprezentuje 800-woltowy napęd elektryczny do maszyn budowlanych
Prezentacje firmowe
Falowniki szafowe MOVITRAC – nowoczesne rozwiązania SEW-EURODRIVE do sterowania silnikami

Poradnik doboru rozwiązań drukujących - drukarki mobilne, stacjonarne i przemysłowe

Jak dobrać drukarkę do zastosowań w logistyce, przemyśle czy handlu? Na co zwrócić uwagę, jeżeli chodzi o cechy i funkcje urządzenia? Jak zapewnić wysoką niezawodność pracy oraz trwałość systemu drukującego? A co z oprogramowaniem? W artykule odpowiadamy na powyższe pytania, przedstawiając przykłady nowoczesnych urządzeń drukujących, które z powodzeniem sprawdzają się w wymienionych zastosowaniach.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów