كيفية اختيار محرك للوحدة الخطية الخاصة بك

اختيار المحرك لالوحدة الخطيةليست مجرد مسألة اختيار القوة الكهربائية أعلى. يجب أن يعمل المحرك والمحرك ونظام التغذية المرتدة وناقل الحركة الميكانيكي معًا كنظام حركة واحد.

قد يفشل المحرك الصغير جدًا في الوصول إلى التسارع المطلوب أو يسخن بشكل زائد أثناء الدورات المتكررة. يمكن للمحرك الكبير بشكل غير ضروري أن يزيد من القصور الذاتي للدوار والتكلفة وصعوبة الضبط دون تحسين الماكينة. الصحيحاختيار محرك الوحدة الخطيةولذلك يبدأ بمتطلبات الحركة، وليس بحجم المحرك المفضل.

يشرح هذا الدليل كيفية الاختيار بين المحركات المؤازرة والمحركات السائر، وكيفية مطابقة عزم دوران المحرك وسرعته مع الوحدة، عندما تكون تعليقات المشفر مهمة، وتفاصيل التحكم التي يجب التحقق منها قبل الانتهاء من نظام القيادة.

ابدأ بمتطلبات الحركة، وليس كتالوج المحرك

قبل مقارنة أنواع المحركات، حدد ما يجب أن يفعله المحور فعليًا.

يجب أن يتضمن الحد الأدنى من المعلومات ما يلي:

• نوع محرك الوحدة الخطية
• سكتة دماغية
• كتلة متحركة
• اتجاه أفقي أو رأسي أو أي اتجاه تركيب آخر
• أقصى سرعة
• التسارع والتباطؤ
• نقل الوقت وزمن الدورة الكاملة
• دقة تحديد المواقع المطلوبة والتكرار
• قوة العملية الخارجية
• السلوك القابضة المطلوبة
• وحدة التحكم المتاحة وواجهة الاتصال

قاعدة الاختيار:يجب اختيار المحرك من ملف الحركة الكامل. الحمولة وحدها لا تحدد حجم المحرك.

المؤازرة أو السائر: القرار الأول

يمكن لكل من المحركات المؤازرة والمحركات السائرية تشغيل الوحدات الخطية الصناعية، لكن خصائص تشغيلها مختلفة.

عندما يكون المحرك المؤازر هو الخيار الأفضل عادةً

أمحرك سيرفو الوحدة الخطيةيُفضل غالبًا عندما يتطلب التطبيق:

• ارتفاع التسارع والتباطؤ
• نطاق سرعة تشغيل واسع
• انعكاسات الاتجاه المتكررة
• مراقبة موقف الحلقة المغلقة
• ارتفاع معدل الدورة
• حركة منسقة متعددة المحاور
• مراقبة عزم الدوران أو القوة
• ملفات تعريف الحركة الأكثر تقدمًا

تعتبر الأنظمة المؤازرة مفيدة بشكل خاص عندما يجب أن يعمل المحور بالقرب من حدوده الديناميكية مع الحفاظ على التحكم المستقر.

لماذا تتعامل أنظمة المؤازرة مع الحركة الديناميكية بشكل جيد؟

يقوم جهاز التشفير بإبلاغ موضع المحرك وسرعته بشكل مستمر إلى محرك الأقراص. تقوم وحدة التحكم المؤازرة بمقارنة الحركة الفعلية بالأمر وضبط تيار المحرك وفقًا لذلك.

يسمح سلوك الحلقة المغلقة هذا للمحرك بتصحيح الخطأ التالي وتكييف عزم دوران المحرك خلال التسارع والحركة ذات السرعة الثابتة والتباطؤ.

عندما يكون المحرك المتدرج هو الخيار الأفضل

أمحرك السائر الوحدة الخطيةيمكن أن يكون حلاً عمليًا عندما يكون للتطبيق أحمال يمكن التنبؤ بها وسرعة معتدلة ومتطلبات تحديد المواقع بسيطة نسبيًا.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• الفهرسة
• تعديل لاعبا اساسيا
• حركة اختيار ومكان خفيفة
• معدات التوزيع
• تحديد المواقع التفتيش
• أتمتة منخفضة إلى متوسطة السرعة

تعتبر أنظمة السائر جذابة لأن هيكل التحكم يمكن أن يكون بسيطًا ويمكن أن يكون تثبيت عزم الدوران في حالة توقف مفيدًا في بعض التطبيقات.

القيد الرئيسي لأنظمة السائر ذات الحلقة المفتوحة

تفترض وحدة التحكم في السائر ذات الحلقة المفتوحة أن المحرك يتبع كل خطوة مطلوبة. إذا تجاوز الحمل عزم الدوران المتوفر أو كان التسارع شديدًا للغاية، فقد يفقد المحرك التزامن دون أن تعرف وحدة التحكم مباشرة موضع العمود الحقيقي.

ولهذا السبب لا ينبغي اختيار محركات السائر فقط من عزم الدوران المنخفض السرعة.

ما هو محرك السائر ذو الحلقة المغلقة؟

يضيف نظام السائر ذو الحلقة المغلقة تعليقات التشفير إلى محرك السائر والقيادة. يمكن لوحدة التحكم مقارنة الحركة الموجهة مع موضع المحرك المُقاس واكتشاف خطأ الموضع أو تصحيحه وفقًا لتصميم النظام.

يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل بعض حالات عدم اليقين المرتبطة بتشغيل الحلقة المفتوحة وتحسين الأداء القابل للاستخدام في ظل الأحمال المتغيرة.

ومع ذلك، فإن محرك الخطوة ذو الحلقة المغلقة لا يكافئ تلقائيًا محرك سيرفو. تظل بنية المحرك وسلوك سرعة عزم الدوران وخوارزمية التحكم والقدرة الديناميكية مختلفة.

طريقة مفيدة لاتخاذ القرار:اختر المحرك من أداء الحركة المطلوب، وليس من علامة "المؤازرة" أو "السائر" أو "الحلقة المغلقة".

قوة المحرك وحدها ليست طريقة للتحجيم

ترتبط قوة المحرك بعزم الدوران والسرعة:

ف = تي × ω

أين:

• ص= القوة الميكانيكية بالواط
• ت= عزم الدوران بـ N·m
• أوه= السرعة الزاوية بوحدة راد/ثانية

يمكن لمحركين لهما نفس القدرة المقدرة أن يكون لهما منحنيات مختلفة جدًا لسرعة عزم الدوران، والقصور الذاتي للدوار، وقدرة عزم الدوران الأقصى. ولهذا السبب، فإن اختيار "مؤازرة 400 واط" دون التحقق من نقطة التشغيل الفعلية يعد أمرًا غير مكتمل.

مطابقة سرعة المحرك مع ناقل الحركة الخطي

يحدد ناقل الحركة الميكانيكي كيف يصبح دوران المحرك سرعة خطية.

وحدة الكرة اللولبية

للحصول على الرصاص المسمارصوالسرعة الخطية المطلوبةضد:

ن = 60 × الخامس ÷ ص

أينضدهو في م / ث ،صهو في م / دورة ونفي دورة في الدقيقة.

يتطلب برغي الرصاص مقاس 10 مم الذي يتحرك بسرعة 0.5 م/ث 3000 دورة في الدقيقة. يجب أن يكون المحرك والمسمار مناسبين لهذه السرعة.

وحدة توقيت الحزام

تعتمد سرعة المحرك على محيط ميل البكرة وأي نسبة تخفيض بين المحرك والبكرة. تحرك البكرات الأكبر عددًا أكبر من الحزام لكل دورة ولكنها تتطلب المزيد من عزم دوران المحرك لنفس القوة الخطية.

وحدة الرف والجناح

يحدد قطر خطوة الترس ونسبة علبة التروس العلاقة بين سرعة المحرك والسفر الخطي. غالبًا ما تستخدم أنظمة الرف طويلة الشوط تقليل التروس لموازنة سرعة المحرك وعزم الدوران الناتج والقصور الذاتي المنعكس.

مطابقة عزم دوران المحرك لدورة الحركة الكاملة

يجب أن يغطي عزم دوران المحرك أكثر من الحمل الساكن.

تتضمن مكونات عزم الدوران المهمة ما يلي:

• عزم الدوران اللازم للتغلب على المقاومة الخطية
• عزم الدوران المطلوب للتسارع
• القصور الذاتي الدوراني للمسمار أو أداة التوصيل أو البكرة أو علبة التروس
• عزم الجاذبية على المحاور العمودية
• قوى العملية الخارجية
• التحميل المسبق ومقاومة الختم

بعد حساب ملف تعريف عزم الدوران، تحقق من كلاً من:

• عزم الدوران الأقصىللتسارع والطلب على المدى القصير
• RMS أو عزم الدوران المستمرللملاءمة الحرارية على مدى الدورة الكاملة

قد يستمر ارتفاع درجة حرارة المحرك الذي يمكنه إكمال خطوة واحدة بنجاح أثناء الإنتاج المستمر إذا كان عزم دوران RMS مرتفعًا جدًا.

لا تتجاهل منحنى سرعة عزم الدوران

يتغير عزم دوران المحرك المتوفر مع السرعة.

وهذا مهم بشكل خاص للمحركات السائر، التي ينخفض ​​عزمها القابل للاستخدام عمومًا بشكل ملحوظ مع ارتفاع السرعة. تحتوي المحركات المؤازرة أيضًا على مناطق تشغيل مستمرة وذروية محددة.

لكل محرك مرشح، تحقق مما يلي:

• السرعة القصوى المطلوبة تقع ضمن نطاق تشغيل المحرك.
• ذروة عزم الدوران المطلوبة متاحة بهذه السرعة.
• يظل عزم الدوران المستمر أو RMS داخل منطقة التشغيل المستمر.
• يمكن لمحرك الأقراص المحدد توفير التيار والجهد المطلوبين.

مطابقة القصور الذاتي: لماذا يهم التحكم في الحمل الميكانيكي

يجب أن يقوم المحرك بتسريع كل من الدوار الخاص به والقصور الذاتي المنعكس من الوحدة الخطية.

بالنسبة للمسمار الكروي، يمكن تمثيل الكتلة المترجمة على أنها قصور دوراني مكافئ عند عمود اللولب:

ج_عبر= م × (ص ÷ 2π)²

يتم بعد ذلك إضافة القصور الذاتي الدوار من المسمار والوصلة والمكونات الأخرى.

إذا تم استخدام علبة التروس، فإن القصور الذاتي للحمل المنعكس على المحرك يتناقص مع مربع نسبة التخفيض.

لماذا يمكن أن يؤدي المحرك الكبير الحجم إلى نتائج عكسية

عادةً ما يكون للمحرك الأكبر حجمًا أكبر من القصور الذاتي للدوار. إذا تم اختيار المحرك أعلى بكثير من الحجم المطلوب، فإن هذا القصور الذاتي الإضافي قد يقلل من كفاءة التسارع ويجعل ضبط النظام أكثر صعوبة.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل حجم المحرك يهدف إلى تحقيق هامش تشغيل مناسب بدلاً من مجرد اختيار الإطار الأكبر الذي يناسبك.

لا توجد نسبة القصور الذاتي العالمية

تعتمد نسبة القصور الذاتي المقبولة بين الحمل والمحرك على المحرك والقيادة وطريقة التحكم وملف الحركة. اتبع معايير الحجم الفعلية للشركة المصنعة للمحرك بدلاً من تطبيق قاعدة ثابتة واحدة على كل نظام مؤازر.

اختيار برنامج التشفير: ما الذي يجب أن تخبرك به التعليقات؟

يقوم برنامج التشفير بأكثر من مجرد توفير رقم "الدقة". فهو يحدد المعلومات التي يمكن لوحدة التحكم ملاحظتها حول المحرك أو المحور.

التشفير التزايدي

يقوم جهاز التشفير المتزايد بالإبلاغ عن تغيرات الموقع من خلال النبضات أو الأعداد الرقمية. بعد تشغيل الطاقة، تتطلب العديد من الأنظمة روتينًا موجهًا لإنشاء مرجع الجهاز.

التشفير المطلق

يحتفظ جهاز التشفير المطلق بمرجع موضع فريد أو يعيد بناءه حتى يتمكن نظام التحكم من معرفة موضع المحرك بعد دورة الطاقة، اعتمادًا على جهاز التشفير وبنية القيادة.

يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل أو إلغاء بعض متطلبات التوجيه، وهو مفيد في الأجهزة التي يكون فيها وقت إعادة التشغيل أو الاحتفاظ بموضع المحور مهمًا.

ردود فعل أحادية المنعطفات ومتعددة المنعطفات

تحدد التغذية المرتدة المطلقة بدورة واحدة موضع العمود خلال دورة واحدة. تقوم الأنظمة متعددة الدورات أيضًا بتتبع عدد الدورات، وهو ما قد يكون مفيدًا عندما يجب الحفاظ على موضع المحرك عبر العديد من المنعطفات.

دقة التشفير ليست هي نفسها الدقة الخطية

يسمح التشفير عالي الدقة لوحدة التحكم بتمثيل زيادات صغيرة جدًا في زاوية المحرك، ولكنه لا يزيل الأخطاء الميكانيكية في الوحدة تلقائيًا.

يمكن أن يوجد خطأ في الرصاص اللولبي الكروي، ومرونة الحزام، ورد الفعل العكسي، واستقامة التوجيه، والانحراف الهيكلي، والتمدد الحراري بين عمود المحرك وموضع الأداة الفعلي.

بالنسبة للتطبيقات كثيرة المتطلبات، يمكن استخدام ردود الفعل الخطية المباشرة لقياس موضع النقل بشكل مباشر أكثر.

تمييز مهم:تصف دقة التشفير دقة التعليقات. تصف دقة تحديد موضع النظام النتيجة الميكانيكية والتحكمية الكاملة.

التشفير الحركي أم المقياس الخطي؟

من خلال ردود الفعل من جانب المحرك، تقوم وحدة التحكم بحساب الموضع الخطي من دوران المحرك وهندسة ناقل الحركة. وهذا أمر شائع وفعال للعديد من تطبيقات الأتمتة.

يمكن للمقياس الخطي المثبت على طول المحور قياس موضع النقل مباشرة. وبالتالي يمكنه اكتشاف أخطاء الموضع التي تحدث بعد المحرك، بما في ذلك بعض تأثيرات المسمار أو الحزام أو ناقل الحركة.

تعد التغذية المرتدة الخطية المباشرة ذات قيمة في الأنظمة عالية الدقة، ولكنها تزيد من التكلفة ومتطلبات التثبيت وتعقيد التحكم. ليس من الضروري لكل وحدة خطية.

تحتاج الوحدات الخطية العمودية إلى فحص محرك مختلف

على المحور الرأسي، تؤثر الجاذبية بشكل مستمر على القيادة.

يجب فحص المحرك للتأكد من:

• عزم الدوران التسارع إلى الأعلى
• حمل الجاذبية المستمر
• السلوك التجديدي الهبوطي
• متطلبات الانتظار في طريق مسدود
• قدرة الفرامل
• السلوك الآمن أثناء فقدان الطاقة

متى تكون هناك حاجة إلى فرامل المحرك؟

يتم استخدام الفرامل بشكل شائع عندما يجب أن يظل الحمل الرأسي في موضعه بعد إزالة طاقة المحرك. ومع ذلك، فإن مكابح المحرك لها تصنيفات محددة ووظائف مقصودة.

إذا كان الهبوط غير المقصود قد يشكل خطرًا على السلامة، فقد تحتاج الآلة إلى إجراءات ميكانيكية إضافية ذات تصنيف أمان بدلاً من الاعتماد فقط على فرامل المحرك القياسية.

كيف تؤثر علب التروس على اختيار المحرك

يمكن لعلبة التروس زيادة عزم الدوران الناتج وتقليل القصور الذاتي للحمل المنعكس على المحرك، ولكنه أيضًا يغير السرعة ويضيف خصائص ميكانيكية خاصة به.

تتضمن الأسباب المحتملة لاستخدام علبة التروس ما يلي:

• زيادة عزم الدوران الناتج
• تحسين نسبة الحمل إلى القصور الذاتي للمحرك
• السماح لمحرك أصغر بالعمل بسرعة أكثر ملاءمة
• التكيف مع هندسة التثبيت

تشمل المفاضلات ما يلي:

• فقدان الكفاءة
• رد فعل عنيف
• القصور الذاتي الإضافي
• ضوضاء
• يكلف
• صيانة

واجهة التحكم مهمة قبل بناء الجهاز

من الممكن أن يكون المحرك المناسب ميكانيكيًا هو الاختيار الخاطئ إذا لم يتكامل مع وحدة التحكم في الماكينة.

تأكد من كيفية تلقي المحور للأوامر:

• النبض والاتجاه
• السرعة التناظرية أو أمر عزم الدوران
• إيثرنت الصناعية أو ناقل المجال
• أوامر الفهرسة المضمنة
• وحدة تحكم الحركةشبكة

تحقق أيضًا مما إذا كان النظام يحتاج إلى حركة متزامنة أو تروس إلكترونية أو كامنة أو تسجيل أو التحكم في عزم الدوران أو الاستيفاء المنسق.

هل تحتاج إلى التحكم في الموضع أو التحكم في السرعة أو التحكم في عزم الدوران؟

السيطرة على الموقف

تستخدم معظم تطبيقات تحديد المواقع الخطية التحكم في الموضع. تحكم وحدة التحكم في موضع الهدف وملف تعريف الحركة.

التحكم في السرعة

يمكن أن يكون التحكم في السرعة مفيدًا عندما يجب أن يحافظ المحور على سرعة محددة بينما تتحكم آلية أخرى في الموضع أو توقيت العملية.

التحكم في عزم الدوران

يمكن استخدام التحكم في عزم الدوران لعمليات الضغط أو الشد أو التثبيت أو التلامس. ومع ذلك، فإن عزم دوران المحرك لا يتطابق دائمًا مع قوة العملية الخطية الفعلية لأن كفاءة النقل والاحتكاك والامتثال الميكانيكي تؤثر على العلاقة.

لقياس القوة الحرجة، قد تظل هناك حاجة إلى خلية تحميل مخصصة أو مستشعر قوة.

يعد ضبط المؤازرة جزءًا من اختيار المحرك

يمكن للمحرك الكبير تقنيًا أن يؤدي أداءً سيئًا إذا كان من الصعب ضبط النظام.

يتأثر ضبط المؤازرة بما يلي:

• تحميل الجمود
• الصلابة الهيكلية
• صلابة اقتران
• مرونة الحزام
• رد فعل عنيف
• صدى
• الملف الشخصي للتسارع

لا يمكن تحويل النظام الميكانيكي المرن إلى محور دقة جامد فقط عن طريق زيادة كسب المؤازرة. يجب أن يدعم التصميم الميكانيكي والتحكمي بعضهما البعض.

اختيار المحرك حسب نوع الوحدة الخطية

الوحدة الخطية للكرة اللولبية

تحقق من سرعة المحرك مقابل الرصاص اللولبي والسرعة الخطية المطلوبة. ثم تحقق من عزم دوران التسارع، والقصور الذاتي للمسمار، وسرعة المسمار الحرجة وأي متطلبات تثبيت رأسية.

تعد المحركات المؤازرة شائعة لتحديد المواقع بدقة عالية السرعة، بينما يمكن أن تكون المحركات السائر مناسبة للتطبيقات متوسطة السرعة ذات الأحمال المتوقعة.

وحدة خطية لحزام التوقيت

وحدات حزام التوقيتغالبًا ما تعمل بسرعة خطية عالية وتسارع. يجب أن يأخذ اختيار المحرك بعين الاعتبار قطر البكرة، وشد الحزام، والكتلة المتحركة، وانعكاسات الاتجاه المتكررة.

غالبًا ما تكون المحركات المؤازرة مفيدة في أنظمة الالتقاط والوضع ذات الدورة العالية، بينما يمكن أن تعمل المحركات السائر بشكل جيد في محاور النقل ذات الديناميكية المنخفضة.

وحدة الرف والجناح

غالبًا ما يجعل السفر الطويل والأحمال العالية اختيار علبة التروس أمرًا مهمًا. يجب تقييم عزم دوران المحرك ونسبة التروس وقطر الترس والسرعة المطلوبة معًا.

وحدة المحرك الخطي

ينتج المحرك الخطي القوة مباشرة ولا يتطلب ناقل حركة من محرك دوار إلى خطي. في هذه الحالة، يركز التحجيم على القوة المستمرة، وقوة الذروة، والسرعة، والتسارع، والحمل الحراري والتغذية المرتدة بدلاً من عزم دوران المحرك الدوار.

تسلسل عملي لاختيار المحركات

1. تحديد ملف الحركة الكامل.تشمل السكتة الدماغية والسرعة والتسارع والتباطؤ والسكن.
2. احسب الكتلة المتحركة الحقيقيةقم بتضمين الأدوات والمحاور العلوية وحاملات الكابلات حيثما كان ذلك مناسبًا.
3. تحديد القوة الخطية المطلوبة.تشمل الجاذبية والاحتكاك وقوة العملية.
4. تحويل الحمل إلى عزم دوران المحرك وسرعته.
5. حساب القصور الذاتي المنعكس.
6. تحقق من الذروة وعزم دوران RMS.
7. قارن بين خيارات أجهزة السائر والمحركات ذات الحلقة المغلقة.
8. حدد نوع التعليقات.
9. تحقق من متطلبات الفرامل والمحور الرأسي.
10. تحقق من منحنى سرعة عزم دوران المحرك.
11. تأكيد محرك الأقراص الحالي والجهد والقدرة على التجدد.
12. تأكيد وظائف الاتصالات والحركة وحدة التحكم.
13. التحقق من الواجهات الميكانيكية والكهربائية قبل الإصدار.

الأخطاء الشائعة في اختيار المحرك

الاختيار حسب القوة الكهربائية فقط

لا توضح قوة المحرك ما إذا كان عزم الدوران المطلوب متوفرًا عند سرعة التشغيل الفعلية.

اختيار السائر من عقد عزم الدوران

يتم قياس عزم الدوران في حالة توقف تام ولا يمثل عزم دوران عالي السرعة.

المتضخم "من أجل السلامة"

يمكن للمحرك الأكبر حجمًا أن يزيد من القصور الذاتي والتكلفة وقد يؤدي إلى تعقيد عملية الضبط. الهامش الهندسي مفيد؛ التحجيم غير المنضبط ليس كذلك.

تجاهل الحمل العمودي

تتطلب المحاور الرأسية مراعاة الجاذبية والكبح والإمساك والتجديد.

بافتراض أن دقة التشفير تساوي دقة تحديد المواقع

لا يزال المحور الخطي الكامل يحتوي على خطأ في ناقل الحركة والهيكل والحرارة.

تجاهل توافق محرك الأقراص ووحدة التحكم

المحرك هو جزء واحد فقط من النظام. يمكن لجهد المحرك وبروتوكول الاتصال والإدخال/الإخراج ومقاوم الكبح ووضع التحكم تحديد ما إذا كان الحل يتكامل بنجاح.

ما هي المعلومات التي يجب عليك تقديمها لمطابقة المحركات؟

لكي يوصي QRXQ بمحرك للوحدة الخطية، قم بتوفير:

• نوع الوحدة وناقل الحركة
• سكتة دماغية
• إجمالي الكتلة المتحركة
• اتجاه التركيب
• أقصى سرعة
• تسريع أو نقل الوقت
• وقت الدورة الكاملة
• القوة الخارجية
• متطلبات الدقة والتكرار
• العلامة التجارية المفضلة أو السائر
• وحدة التحكم وبروتوكول الاتصال
• متطلبات الفرامل
• وقت التشغيل اليومي ودورة العمل

يجب أن يلبي المحرك النهائي أربعة أشياء في نفس الوقت:متطلبات عزم الدوران والسرعة والقصور الذاتي والتحكم. إذا تم تجاهل أحد هذه العناصر، فقد يعمل المحور أثناء اختبار بسيط ولكنه يفشل في تقديم أداء إنتاج مستقر.

لا يحتاج المحرك المتوافق جيدًا إلى أن يكون أكبر محرك يناسب الوحدة. يجب أن توفر الحركة المطلوبة بهامش كافٍ وتحكم مستقر وسلوك حراري مقبول خلال دورة الماكينة الفعلية.