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.