Современное стремительное развитие науки и техники привело к модернизации производственного оборудования всех сфер хозяйствования. Появился целый ряд принципиально новых устройств. Развитие кибернетики, в а дальнейшем электроники, микроэлектроники привели к созданию новой отрасли - автоматизации и появлению смежных отраслей, ввиду возможности полной автоматизации оборудования фактически любой отрасли. Например, мехатроника - это симбиоз механики и, соответственно, электроники, эта прикладная наука очень активно развивается и сейчас не найдешь современного производства, которое не использует автоматизированное оборудование или числовое программное управления для своих станков и приводов.
Важнейшим узлом любого автоматизированного производства является исполнительный механизм.
Главные составные части электрического исполнительного механизма:
- электродвигатель;
- устройство передачи вращения (редуктор, шестерни, трансмиссия);
- перемещающийся шток или винт;
- система управления (куда входят узлы конечных выключателей, усилительные элементы, преобразователи сигнала и т.п.)
В общем, работа электрического исполнительного механизма происходит так: в двигатель поступает электрическая энергия, затем через подсоединенный редуктор (систему шестерен, трансмиссию) она передается на перемещающийся шток (или винт) и он соответственно приходит в движение рабочий орган, согласно требуемых технических характеристик.
Преимуществ именно электрических механизмов множество:
- они могут перемещать фактически на любое расстояние со сколько угодно быстрой или медленной скоростью;
- простое программное или ручное управление;
- работа при любых погодных условиях, в том числе зимой;
- не требуют дополнительной техники во время монтажа: он очень прост;
- электричество - всегда доступный и недорогой ресурс энергии
Электромеханизму не нужны системы трубопроводов, как для пневматических устройств, и такое затратное техобслуживание как у гидравлических). Кроме того эти два типа нестабильно работают при отрицательной температуре.
Классификация электроприводов и исполнительных механизмов:
по разновидности используемой энергии:
- электрические;
- гидравлические (масло под давлением);
- пневматические (воздух под давлением)
по конструкции:
- работающие по принципу открыто-закрыто (от одной конечной точки до другой);
- с возможностью позиционирования, промежуточных остановок
- следящие приводы и механизмы с полным программным управлением
По режиму работы - аналогичны режимам работы двигателей:
- продолжительный;
- кратковременный;
- повторно-кратковременный и т.п.
По способу управления:
- неуправляемые (включили - работает, выключили - неработает);
- с возможностью ручного управления (например торможения);
- автоматизированные (различными способами)
Соответственно основные данные для выбора исполнительного механизма
Нужно узнать требуемые:
- Моменты: номинальный вращающий момент, максимальный вращающий момент (или усилие которое может прикладывать шток для перемещения),
- Скорость перемещения;
- Длина перемещения;
- Режим работы;
- Способ управления
Ключевым и основополагающим элементом исполнительного механизма является электродвигатель, от его свойств зависит характер работы и темп движения, возможность программирования.
Чаще всего используется обычный асинхронный двигатель с ротором в виде беличьей клетки (короткозамкнутым) и полым (немагнитным).
Для того чтобы двигатель из вращательного движения давал поступательное, с определенной скоростью, к нему подсоединяют механический преобразователь - обычно редуктор.
Механизм, сразу соединяющий в себе электродвигатель и редуктор, называют мотор-редуктором.
Часто для стабильности работы и защиты электродвигателя применяются муфты различных типов: механические, пневматические, электромагнитные.
Все асинхронные электродвигатели могут также работать в режиме генератора и с функциями тахогенератора и измерять скорость вращения вала
В выборе двигателя важно учитывать возможность перегрузочной способности - способность развивать максимальный момент в минимальное количество времени.
Рекомендуется выбирать исходя из того, что номинальный момент в реальных условиях может быть несколько выше.
Есть специальная разновидность двигателя - линейный, который сам дает прямолинейное, а не вращательное движение.
Электродвигатели постоянного тока развивают большее тяговое усилие и имеют возможность точного управления, но они и выше по стоимости, более хрупкие, требуют преобразователя - выпрямителя - ведь питание от сети переменного тока. Достоинство двигателя постоянного тока - вращение регулируется напрямую, варьированием напряжения. Если, например, асинхронным двигателем пытаться управлять также напряжением возникает низкий момент на валу.
Шаговый двигатель, также используемый в механизмах, по своему устройству является синхронным, питается переменным током, он применяется в случаях когда необходимо движение с частыми пусками и остановками. Напряжение на его обмотки подается поочередно, после каждого импульса ротор вращается на 1 шаг (определенный угол).
Сервоприводы (серводвигатели) - это устройства, которые управляют движением через отрицательную обратную связь, то есть входной сигнал зависит от выходного.
Главное правило, предъявляемое к ним - возможность гибкого и точного управления.
Сервопривод и шаговый двигатель кажутся похожими по своим характеристикам, но у них есть свои отличия преимущества и недостатки, преимуществ конечно больше. Сервомотор гораздо мощнее, точнее, нет необходимости подавать напряжение с запасом на перегруз, большая возможная скорость, однако данный тип двигателя гораздо дороже и к нему требуются дополнительные элементы - датчики.
