Пять ключевых концепций электрического проектирования для инженеров-механиков

Инженеры-механики часто упускают из виду важные электрические вопросы при определении соответствующих частей электромеханической системы. Мехатронные системы — это новейшая технология в системах автоматизации, интеллектуально объединяющая механические и электрические элементы для выполнения все более сложных и требовательных функций. При проектировании электромеханических систем инженеры-механики и инженеры-электрики могут стремиться акцентировать внимание на технологиях, компонентах и ​​принципах проектирования из своей единственной области знаний, что может привести к системам с более высокими эксплуатационными расходами, повышенными требованиями к обслуживанию и менее чем оптимальной производительностью. Инженеры-электрики, участвующие в разработке и создании мехатронных систем, часто видят, как неэффективность и ненужная сложность могут быть непреднамеренно спроектированы в машинах.

Более совершенные мехатронные системы могут быть созданы, если инженеры-механики учтут пять важнейших концепций выполняя проектирование инженерных систем, чтобы получить максимальную ценность и эффективность, которые электронные системы могут предложить производственному процессу.

1. Создайте чистый дизайн.

Хороший дизайн мехатроники начинается с хорошей механической конструкции — лучшая электроника и электрические системы не могут компенсировать плохую механическую конструкцию. Самый удачный дизайн — чистый; они имеют прочную, жесткую раму, в которой использованы материалы и принципы конструкции, чтобы гарантировать, что независимо от движения машины, у неё долговременная стабильность. Убедитесь, что при установке двигателей на машинах используются жесткие подшипники и опора; это помогает предотвратить срезание валов из-за микротрещин, которые возникают из-за того, что вал двигателя установлен не соосно с подшипником опорного подшипника или входной планетарной передачей коробки передач.

Разместите двигатели на машине в наиболее удобном месте, чтобы операторы случайно не наступили на кабели и разъемы, что приведет к повреждению, и разработайте ограждение машины с легкими точками доступа, чтобы добраться до двигателей, установленных под основанием крыла, при этом защищая их от жестких воздействий среды. Что наиболее важно, чистый дизайн уравновешивает массу и движение: прочная, прочная рама, выдерживающая годы вибрации и ударов, в сочетании с более легкими компонентами для движущихся частей машины. Это помогает уменьшить массу, обеспечивает более энергоэффективное движение и упрощает определение размеров более мелких компонентов двигателя / привода для машины. На протяжении многих лет мы видели множество инновационных конструкций механических машин, и чистый дизайн вносит наибольший вклад в долговечность, надежность и низкую общую стоимость владения.

Чистый дизайн уравновешивает массу и движение: прочная, прочная рама выдерживает годы вибрации и ударов, а в сочетании с более легкими компонентами помогает снизить массу и позволяет использовать меньшие компоненты двигателя / привода.

2. Непосредственно подключите двигатель к нагрузке.

Эффективная мехатроника начинается с чистого листа. В прошлом машины часто строились вокруг одного двигателя переменного тока, приводящего в действие вал машинной линии, к которому были прикреплены редукторы, шкивы, звездочки, цепные приводы и другие механические устройства для синхронного перемещения отдельных участков машины — подход к обеспечению энергии в производстве это буквально восходит к заре промышленной революции.

Рассмотрите возможность замены этой архитектуры отдельными серводвигателями, подключенными непосредственно к перемещаемой вами нагрузке. Это решение имеет множество преимуществ по конструкции, стоимости машины и эксплуатации (которое не используется в удивительно большом количестве машин). Во-первых, рассмотрите стоимость: каждый раз, когда вы добавляете коробку передач, вы добавляете несколько затрат; это дополнительная точка отказа, его нужно смазывать и менять запасные части. Кроме того, вы добавляете механический люфт, который необходимо компенсировать при вводе станка в эксплуатацию и каждый раз при смене продукта — сложность синхронизации движения и осей, которую устраняют современные интеллектуальные приводы и серводвигатели.

Когда вы стратегически размещаете серводвигатели как можно ближе к области движения, которую они обслуживают, дополнительные затраты на компоненты электропривода почти полностью компенсируются за счет устранения затрат на механические компоненты и рабочую силу, которые необходимо покупать, обрабатывать, собирать и настраивать. В частности, отсутствие необходимости иметь в наличии несколько комплектов звездочек, шестерен и кулачков, а также время, необходимое для переналадки механических приводов, действительно может снизить общую стоимость владения машиной.

Использование прямого привода, двигателей с прямым приводом и линейных двигателей по сравнению с механическими муфтами позволяет разработчикам машин получить более высокий выигрыш и улучшить производительность машин.

В конечном итоге такой подход к проектированию значительно сокращает время наработки и люфты, сокращает время ввода машины в эксплуатацию, а современные прямые приводы, двигатели прямого действия и линейные двигатели позволяют разработчикам машин добиваться большего выигрыша и улучшать производительность машины.

3. Использование электронных зубчатых передач и кулачков.

Современные электронные приводы и платформы управления движением дают инженерам-механикам мощный и гибкий инструмент для повышения точности и производительности машин, которые вы проектируете. Эта технология позволяет создать виртуальный «электронный линейный вал», который может электронно синхронизировать все приводы и двигатели на машине, исключая механический линейный вал. В процессе вы можете значительно улучшить синхронизацию осей и точность — от 1/16 или 1/32 дюйма, типичного для механических валов, до точности движения, близкой к сотым или даже тысячным долям дюйма, с электронным линейным валом.

Использование электронного зубчатого зацепления и кулачка позволяет улучшить синхронизацию машины при устранении механического линейного вала. И эта синхронизация может быть достигнута с нулевым механическим люфтом и меньшим количеством замятий продукта. Это также исключает множество механических регулировок для приведения машины в действие, а также регулировку оператором каждый раз, когда машина останавливается и перезапускается.

Электронные зубчатые передачи и кулачки делают переключение машины полностью программируемым. Используя технологию FlexProfile, одним нажатием кнопки на экране HMI вы можете загрузить рецепт машины, и изменения будут внесены в систему управления и сервосистему для запуска следующего продукта.

Эта новая технология кулачков FlexProfile позволяет создавать многосегментные профили кулачков на основе профилей движения, основанных на положении, скорости или времени. Когда вы изменяете секцию электронного кулачка посредством изменения рецепта через HMI, платформа управления автоматически оптимизирует остальную часть профиля кулачка по всем элементам движения машины. Это позволяет машине работать за более короткое время цикла или обеспечивать более плавную динамику машины, даже если произошли изменения, такие как другое время запечатывания пакетов или положение кулачка для подтачивания клапана на картонажной машине.

4. Использование энергоэффективных технологий.

Одна из самых быстрорастущих затрат на любую производственную операцию — это энергия. Хорошая мехатронная конструкция может помочь контролировать эти затраты за счет применения систем электропривода и двигателей, предназначенных для экономии энергии.

В машинах, которые используют серводвигатели, непосредственно связанные с критическими осями движения на машине, а также используют электронную синхронизацию и кулачок, правильный подбор сервосистемы может создать машину с высокой энергоэффективностью.

Правильный выбор размера требует точной оценки нескольких факторов движения (двигатель за двигателем): насколько быстро ось должна ускоряться, размер массы, которую вы пытаетесь переместить, и насколько точными должны быть ускорение и замедление. Недостаточный размер приведет к деформации приводов и двигателей; слишком большой размер потребляет слишком много энергии, чтобы выполнять слишком мало работы.

Некоторые из самых современных систем, такие как интегрированные приводные / моторные системы Rexroth IndraDrive Mi, включают в себя высокоэффективную функцию: совместное использование шины. Несколько приводов соединены гирляндной цепочкой и распределяют питание от одной шины; во многих многоосных станках, поскольку одни двигатели разгоняются до скорости (потребляемая мощность), другие замедляются (регенерирующая мощность). При совместном использовании шины вместо того, чтобы подавать максимальную мощность на ускоряющие двигатели и отводить от замедляющих двигателей тепло через спускной резистор, мощность распределяется, поэтому энергопотребление машины значительно снижается.

Еще одна энергоэффективная технология называется регенеративными источниками питания. Во многих машинах несколько серводвигателей замедляются одновременно, повышая напряжение на шине питания до избыточного уровня. Электрические приводы более старого поколения будут отбирать эту избыточную электрическую энергию в виде тепла, тратя энергию впустую и увеличивая выработку тепла производственным цехом, что требует дополнительного охлаждения шкафа. С рекуперативными источниками питания, подключенными к системе общей шины, то, что когда-то было потраченной впустую мощность, теперь можно вернуть через общую шину и продать обратно электроэнергетической компании. Заказать проект электроснабжения можно на сайте ik-gefest.ru.

5. Используйте HMI для лучшего поиска и устранения неисправностей

Компьютерная революция распространилась на сегодняшние панели управления станками, заменив ручки и кнопки сложными ПК и встроенными HMI с передовым программированием и операционными системами на базе Windows.

Рассмотрим типичный офисный копировальный аппарат: при замятии бумаги сенсорный экран показывает, где произошло замятие, какую дверцу открыть, как исправить проблему, и подсказывает, что делать дальше после устранения замятия. Такой же удобный для пользователя интеллект теперь доступен конструкторам машин с помощью современных человеко-машинных интерфейсов с сенсорным экраном и новейшими графическими пользовательскими интерфейсами. Чертежи компоновки машины и схемы могут быть включены в меню управления и инструменты диагностики, чтобы лучше управлять повседневной работой машины и упростить поиск и устранение неисправностей. Рисунки и интерактивные учебные инструменты могут не только показать точное место возникновения проблемы, но и показать, как открывать корпуса и какие действия может предпринять оператор, чтобы перевести машину в безопасный режим для первоначального обслуживания.

Подобная система может быть объединена с распределенным интеллектом, присущим машинам с сервоприводом, для предотвращения отказов или сбоев машины до того, как они произойдут. Эта возможность, называемая профилактическим обслуживанием, позволяет разработчикам машин устанавливать диапазоны отказоустойчивости в приводах, а затем отслеживать их производительность. Электроприводы и двигатели, такие как системы IndraDrive, позволяют контролировать широкий спектр условий, которые напрямую связаны с механическими характеристиками: изменения нагрузки, температуры, вибрации, крутящего момента, натяжения ремня и зацепления шестерен — все это механические события, которые вызывают изменения профиля крутящего момента электропривода и двигателя, перемещающего эти элементы машины. Инженеры-механики могут установить диапазоны допусков для этих компонентов, и если они превышают их.

Сочетание технологий для достижения оптимальной стоимости Каждая электромеханическая система должна выполнять свои заданные функции с минимальным использованием энергии, движения и компонентов, необходимых для выполнения работы — это фундаментальная цель любого инженера-технолога. Системы электропривода и серводвигателя теперь предлагают множество надежных, энергоэффективных, интеллектуальных платформ с цифровым управлением, чтобы сделать интегрированное видение мехатроники более ценным и использовать более инновационные решения для производства и автоматизации. Будем надеяться, что пять описанных здесь соображений демонстрируют преимущества, которые предлагают современные электрические приводы и элементы управления, помогая упростить определенные механические конструкции и инженерные задачи и предоставить новые ресурсы для стимулирования инноваций и творчества в проектировании машин.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*