Pri výbere servomotora väčšina inžinierov začína výpočtom krútiaceho momentu.
Krútiaci moment vyzerá dostatočne, veľkosť motora sa zdá byť primeraná a na papieri je všetko správne. Keď sa však stroj rozbehne, začnú sa objavovať problémy: vibrácie počas prevádzky, pomalá odozva, nadmerný náraz počas zrýchľovania a spomaľovania a nestabilná presnosť polohovania. Parametre pohonu sa opakovane upravujú, no výkon stále nie je uspokojivý.
Po hodinách{0}}alebo dokonca dňoch{1}}riešenia problémov sa často ukáže, že skutočnou príčinou nie je nedostatočný krútiaci moment, ale nesprávne nastavený pomer zotrvačnosti.
Ak je krútiaci moment príliš nízky, motor jednoducho nemôže poháňať záťaž. Ak je pomer zotrvačnosti nesprávny, stroj nikdy nemusí dosiahnuť stabilný výkon bez ohľadu na to, koľko ladenia sa vykoná.
Mnoho problémov s uvedením do prevádzky, ktoré trvajú dni alebo dokonca týždne, možno vysledovať späť k tomuto prehliadanému faktoru.
V tomto článku preskočíme zložité vzorce a zameriame sa na praktické princípy výberu servomotorov, ktoré sú najdôležitejšie v skutočných-technických aplikáciách.
Krútiaci moment je dôležitý, ale nie je to celý príbeh
Krútiaci moment je často prvým parametrom, ktorý inžinieri hodnotia pri výbere servomotora, a to z dobrého dôvodu. Krútiaci moment určuje, či motor môže pohybovať záťažou.
Napríklad zdvíhacia plošina musí neustále prekonávať gravitáciu, takže menovitý krútiaci moment je kritickým faktorom. Na rozdiel od toho vysokorýchlostné stroje na vyberanie a umiestňovanie{2}}a{3}}umiestňovania, robotické ramená a prenosové systémy vykonávajú časté cykly zrýchľovania a spomaľovania, pri ktorých je špičkový krútiaci moment rovnako dôležitý.
Vo väčšine priemyselných aplikácií si inžinieri zvyčajne vyhradzujú bezpečnostnú rezervu približne 1,5-násobku vypočítaného menovitého krútiaceho momentu. Pre vysoko dynamické systémy s častými štart{2}}zastavovacími pohybmi sa bežne odporúča 2-násobné alebo vyššie maximálne rozpätie krútiaceho momentu.
Typická referencia krútiaceho momentu podľa aplikácie
| Aplikácia | Odporúčaný krútiaci moment |
|---|---|
| SMT Vyberte-a{1}}umiestnite hlavu | Pod 0,5 N·m |
| Prestupová platforma | 1–3 N·m |
| Zdvíhací mechanizmus | 4–7 N·m |
| Kĺb robotického ramena | 4–10 N·m |
| Otočný stôl pre ťažký{0}}záťaž | Nad 10 N·m |
Mnohí inžinieri sa však stretávajú s frustrujúcou situáciou:
Výpočet krútiaceho momentu je správny, sú zahrnuté dostatočné bezpečnostné rezervy, napriek tomu stroj stále vibruje, prekmitá alebo sa snaží dosiahnuť stabilnú polohu.
V mnohých prípadoch je odpoveď v pomere zotrvačnosti.
Pomer zotrvačnosti: Skutočný kľúč k výkonu servosystému
Ak krútiaci moment určuje, či sa stroj môže pohybovať, pomer zotrvačnosti určuje, či sa môže pohybovať hladko a presne.
Pomer zotrvačnosti sa vypočíta takto:
Pomer zotrvačnosti=Zotrvačnosť zaťaženia ÷ Zotrvačnosť rotora motora
Na prvý pohľad sa koncept môže zdať abstraktný. Jednoduchá analógia uľahčuje pochopenie.
Predstavte si, že tlačíte prázdny nákupný košík oproti tlačenému plne naloženému ťažkému tovaru. S oboma sa dá pohybovať, ale naložený vozík sa ťažšie zrýchľuje, ťažšie sa zastavuje a horšie reaguje na zmeny smeru.
Servomotory sa správajú veľmi podobne.
Keď je pomer zotrvačnosti príliš veľký, motor musí pracovať tvrdšie, aby ovládal záťaž, čo často vedie k problémom s výkonom, ako sú:
Nadmerné vibrácie motora
Zvyškové kmitanie po zastavení
Ťažkosti pri zvyšovaní zosilnenia serva
Nestabilná presnosť polohovania
Vyššie teploty motora
Tieto symptómy sú často mylne považované za problémy s ladením alebo nedostatočný výkon motora, keď skutočným problémom je často zlé prispôsobenie zotrvačnosti.
Odporúčané pomery zotrvačnosti pre bežné hnacie mechanizmy
| Typ pohonu | Odporúčaný pomer zotrvačnosti |
|---|---|
| Guľový skrutkový pohon | 3–5 |
| Pohon rozvodového remeňa | 5–8 |
| Systémy prevodových stupňov | 8–10 |
| Ideálny stav | Menšie alebo rovné 5 |
U väčšiny automatizačných zariadení udržiavanie pomeru zotrvačnosti pod 5 výrazne zjednodušuje uvedenie do prevádzky a zlepšuje celkovú stabilitu systému.
Ďalším dôležitým faktorom je redukcia prevodového stupňa. Prevodovka nielen zvyšuje výstupný krútiaci moment, ale tiež znižuje zotrvačnosť odrazeného zaťaženia motora. Napríklad prevodovka 10:1 môže teoreticky znížiť odrazenú zotrvačnosť na približne 1/100 pôvodnej hodnoty, čo servosystému výrazne uľahčuje dosiahnutie stabilného riadenia.
Tri často prehliadané faktory, ktoré ovplyvňujú dlhodobú-spoľahlivosť
Mnoho počítačov funguje dobre počas počiatočného testovania, ale problémy s výkonom začnú po mesiacoch. V mnohých prípadoch nie je hlavnou príčinou krútiaci moment alebo zotrvačnosť, ale detaily, ktoré boli prehliadnuté počas fázy výberu.
Nezameriavajte sa iba na menovitú rýchlosť
Väčšina priemyselných servomotorov je k dispozícii s menovitými otáčkami 3000 ot./min alebo 5000 ot./min.
Bežnou chybou je predpoklad, že vyššia rýchlosť automaticky znamená lepší výkon.
V skutočnosti trvalý krútiaci moment zvyčajne klesá so zvyšujúcou sa rýchlosťou. Inžinieri by mali vždy skontrolovať krivku krútiaceho momentu-otáčok motora a overiť, či je pri zamýšľaných prevádzkových otáčkach k dispozícii dostatočný krútiaci moment.
Výber kodéra priamo ovplyvňuje presnosť
Pre všeobecné automatizačné zariadenia sú zvyčajne postačujúce 17-bitové alebo 20-bitové kódovače.
Pre robotiku, presné polohovacie systémy, polovodičové zariadenia a ďalšie špičkové{0}}aplikácie poskytujú 23-bitové kódovače výrazne vyššie rozlíšenie spätnej väzby a presnosť polohovania.
Inžinieri by tiež mali určiť, či stroj vyžaduje:
Zachovanie polohy po strate energie
Automatické obnovenie súradníc po reštarte
Ak sú tieto funkcie požadované, vo všeobecnosti je preferovanou voľbou absolútny kódovač.
Vertikálne osi by mali vždy používať brzdu
Toto je jedna z najčastejšie prehliadaných a potenciálne drahých chýb.
Každá os ovplyvnená gravitáciou by mala byť vybavená prídržnou brzdou.
Bez brzdy môže výpadok napájania alebo núdzové zastavenie umožniť voľný pád bremena a potenciálne poškodenie zariadenia, obrobkov alebo vytvorenie bezpečnostných rizík.
Dodatočné náklady na brzdu sú zanedbateľné v porovnaní s nákladmi na neočakávanú nehodu.
Prečo viac AGV a AMR používa nízkonapäťové servosystémy?
Ako sa AGV, AMR, autonómne vysokozdvižné vozíky a skladové roboty stávajú čoraz obľúbenejšími, tradičné 220V AC servosystémy sa postupne nahrádzajú nízkonapäťovými servo riešeniami.
V porovnaní s konvenčnými AC servosystémami ponúkajú nízkonapäťové servomotory niekoľko výhod:
Priama integrácia so systémami lítiových batérií
Vyššia energetická účinnosť
Zjednodušená elektrická architektúra
Vylepšená prevádzková bezpečnosť
Nižšie celkové náklady na systém
Vďaka týmto výhodám je nízkonapäťová servotechnológia ideálnou voľbou pre mobilné robotické aplikácie.
Na podporu rastúceho dopytu po inteligentnej logistike a autonómnych mobilných robotoch,PlutoolsvyvinulaNízkonapäťový servomotor a pohonný systém série PLT.
Séria PLT, navrhnutá špeciálne pre batériou{0}}napájané priemyselné vozidlá a mobilné roboty, podporuje prevádzkové napätie 24 V – 72 V a poskytuje vynikajúci dynamický výkon, presné ovládanie rýchlosti a spoľahlivú prevádzku.
Typické aplikácie zahŕňajú:
Systémy pohonu AGV
Mobilné roboty AMR
Autonómne vysokozdvižné vozíky
Zariadenia na automatizáciu skladu
Inteligentné logistické systémy
Mobilné servisné roboty
V kombinácii s komunikáciou CANopen a bezproblémovou integráciou s jednotkami hnacieho kolesa AGV, systémami diferenciálneho pohonu a jednotkami pohonu riadenia, séria PLT pomáha výrobcom vytvárať efektívnejšie a inteligentnejšie systémy riadenia pohybu.
Stručný prehľad pravidiel výberu servomotora
| Parameter | Odporúčanie |
|---|---|
| Menovité rozpätie krútiaceho momentu | Väčšie alebo rovné 1,5× |
| Rozpätie maximálneho krútiaceho momentu | Väčšie alebo rovné 2× |
| Ideálny pomer zotrvačnosti | Menšie alebo rovné 5 |
| Aplikácie s vysokou-zotrvačnosťou | Zvážte redukciu prevodových stupňov |
| Vertikálna os | Vyžaduje sa brzda |
| Vysoká presnosť{0}pozície | Väčšie alebo rovné 20-bitovému kódovaču |
| Mobilné roboty | Uprednostňuje sa nízkonapäťové servo |
Záver
Mnoho inžinierov pri výbere servomotora sa zameriava predovšetkým na krútiaci moment.
Skúsenosti s projektmi v reálnom{0}}svete však rýchlo odhalia dôležitejšiu pravdu:
Krútiaci moment určuje, či sa náklad môže pohybovať, zatiaľ čo prispôsobenie zotrvačnosti určuje, či sa systém môže pohybovať hladko a spoľahlivo.
Faktory, ako je výber kódovača, brzdové systémy a hodnotenie ochrany životného prostredia, zároveň zohrávajú kľúčovú úlohu v dlhodobej-spoľahlivosti.
Riešiť tieto úvahy počas fázy návrhu je oveľa efektívnejšie ako tráviť dni riešením problémov s výkonom po inštalácii.
V prípade automatizačných zariadení, AGV, AMR, autonómnych vysokozdvižných vozíkov a inteligentných logistických systémov nie je správny výber servomotora len o výbere menovitého výkonu,-ide o nájdenie optimálnej rovnováhy medzi výkonom, efektívnosťou, spoľahlivosťou a nákladmi.
Hľadáte spoľahlivého dodávateľa nízkonapäťových servomotorov?
Plutools sa špecializuje na nízkonapäťové servomotory, servopohony, hnacie kolesá AGV, riadiace jednotky pohonu a integrované riešenia riadenia pohybu pre priemyselnú automatizáciu a mobilnú robotiku.
Či už vyvíjate AGV, AMR, autonómny vysokozdvižný vozík alebo automatizovaný systém manipulácie s materiálom, náš inžiniersky tím vám môže pomôcť vybrať ten správny servomotor a riešenie pohonu pre vašu aplikáciu.
