Ruch maszyn: podstawowe elementy wykonawcze – jakie wybrać?

Podstawowe trzy technologie wykorzystywane do poruszania elementów maszyn przemysłowych to: elementy elektryczne, hydrauliczne lub pneumatyczne. Który z nich należy wykorzystać zależy bezpośrednio od konkretnej aplikacji.

Elementy sterowane elektrycznie są idealne w aplikacjach, gdzie wymagana jest wysoka precyzja pozycjonowania lub też gdy wymagany jest ciągły ruch danej maszyny albo jej części. Szczególnie przydatne okazują się tzw. serwonapędy, które mogą być stosowane w różnych aplikacjach: sterowania numerycznego i komputerowego, w windach, podnośnikach i różnych operacjach montażowych, np. na linii produkcyjnej.

Układy hydrauliczne stosuje się przy dużych obciążeniach, gdzie jednocześnie wymagana jest szybka reakcja układu. Osiągane w tych aplikacjach siły mogą podnosić lub przemieszczać ciężary rzędu 100 ton.

Elementy pneumatyczne są niezawodne i bezpieczne w szczególnie niesprzyjających warunkach pracy. Nie są bardzo czułe na wzrosty i spadki temperatury, są odporne na zabrudzenia, wibracje mechaniczne oraz zaburzenia elektromagnetyczne.

W centrach maszynowych mogą być równocześnie zastosowane cztery rodzaje układów napędowych: kolor niebieski: elektryczne, żółty: pneumatyczne, czerwony: przekładnie liniowe i zielony: hydrauliczne. (Żródło: Bosch Rexroth) 

Ponieważ w układach hydraulicznych i pneumatycznych stosowane są cylindry, osiągają one szczególnie dobre wyniki pracy w zakresie liniowych przemieszczeń elementów maszyn. Układy elektryczne bazujące na obracających się silnikach wymagają stosowania specjalnych układów i przekładni dla uzyskania ruchu posuwistego (liniowego). Oto kilka głównych czynników, jakie powinny być wzięte pod uwagę przy doborze elementów poruszających maszyny lub ich części:

Dokładność i powtarzalność operacji – elektronicznie sterowane serwomechanizmy zapewniają najwyższy poziom precyzji pozycjonowania. Dostępne obecnie na rynku zawory hydrauliczne i pneumatyczne oferują znacznie lepsze parametry w tym zakresie od poprzednich rozwiązań. Doskonałym rozwiązaniem dla aplikacji, gdzie konieczne jest utrzymanie stałego ciśnienia (np. utrzymanie obciążenia w nieruchomej pozycji), jest zastosowanie elementów hydraulicznych (medium płynne).

Złożoność – w aplikacjach wieloosiowych (kilka osi ruchu elementów), najlepsze rozwiązanie to połączenie układów serwomechanizmowych i hydraulicznych, sterowanych cyfrowo, ze względu na możliwość dokładnej ich synchronizacji. Dobre, choć nieco gorsze, wyniki przynosi również zastosowanie elementów pneumatycznych.

Wydajność – zwiększenie wydajności np. linii produkcyjnej zależy bezpośrednio od zwiększenia jej przepustowości oraz skrócenia cyklu pracy maszyn na poszczególnych etapach produkcji. W przypadku prostych aplikacji napędzanych elektrycznie średnia prędkość przesuwu elementów na taśmie wynosi 10 m/sek., dwukrotnie szybciej niż przy zastosowaniu układów pneumatycznych bądź hydraulicznych.

Koszty pracy i utrzymania – kryterium to nigdy nie powinno być pierwszym i decydującym o wyborze konkretnego układu. Zależność między kosztami nabycia a funkcjonowania i użytkowania kształtuje się różnie dla różnych aplikacji i należy ją każdorazowo oszacować dla konkretnych przypadków i zastosowań.

ce

Autorzy: Rodney Rusk, Dan Warmus,
Brian Rogers i Thomas Dwyer są specjalistami firmy
Bosch Rexroth Corp. z zakresu
technologii pneumatycznych, hydraulicznych i elektrycznych
w układach napędowych.

 

Artykuł pod redakcją
dr. inż. Andrzeja Ożadowicza,
adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych w Akademii
Górniczo-Hutniczej w Krakowie