Случай для моментных двигателей с полым валом

Сегодняшний конструктор машин должен оценивать больше факторов, чем когда-либо, при подходе к новому проекту. Точно так же интегратор и инженер по модернизации расширили возможности не только за счет новых технологий, но и из-за критических областей внимания, таких как снижение энергопотребления, более быстрое время сборки, сокращение количества поставщиков и уменьшение занимаемой площади.

В области управления движением один тип двигателя с относительно короткой историей добился значительных успехов, что требует нового взгляда на его потенциал во многих областях применения. Эти области применения варьируются от поворотных столов станков до различных упаковочных, печатных, конвертирующих, экструзионных, бумагоделательных, пластиковых пленок и оборудования для обработки материалов - везде, где необходимо изменить направление с очень высокой степенью точности, без люфта (гистерезиса) и с сохранением движения. управления, противопоставляя необходимую развязку обычного двигателя и коробки передач.

Откройте для себя синхронный моментный двигатель с постоянными магнитами, о котором часто забывают.

Моментные двигатели - это прямые приводы, созданные для осей вращения, где требуется высокий крутящий момент и высокая точность при относительно низких скоростях. Благодаря значительно меньшему времени установки, требованиям к техническому обслуживанию, количеству компонентов и свободному пространству, эти типы двигателей часто являются жизнеспособной альтернативой мотор-редукторам.

Сегодня существуют две популярные разновидности моментных двигателей. Они представляют собой законченный моментный двигатель, требующий только прямого фланцевого монтажа на машине и соединения ротора с валом машины, а также встроенный моментный двигатель, где статор и ротор поставляются как отдельные компоненты, которые непосредственно интегрированы в двигатель. механика машин.

Моментные двигатели в сборе часто используются в главных приводах экструдеров, подающих головках на литьевых машинах, роликах на бумагоделательных машинах, устройствах для волочения проволоки, растягивании полотна текстильных машин и мотальных / поперечных резаках на упаковке оборудование.

Встроенные моментные двигатели обычно используются на поворотных столах станков, поворотных осях, динамических револьверных головках и токарных шпинделях, а также на цилиндрах печатных станков, охлаждающих валах в машинах для литья пленки и растягивания фольги, индексных столах в металлоформовочных прессах и во всех других типах. высокодинамичных и высокоточных приложений для управления траекторией и скоростью.

Оба типа моментных двигателей имеют полый вал, который позволяет перемещать среды или механические компоненты через полость ротора.

Моментные двигатели представляют собой многопарные синхронные двигатели, аналогичные по работе вращательным синхронным серводвигателям. Ротор снабжен постоянными магнитами, а статор содержит обмотки двигателя. Большое количество пар полюсов приводит к тому, что конструкция обеспечивает высокий максимальный крутящий момент на низких скоростях. В прошлом, поскольку потери на вихревые токи увеличивались с увеличением количества пар полюсов и скорости вращения двигателя, моментные двигатели считались применимыми только на относительно низких скоростях. Новые конструкции с водяным охлаждением противоречат этому принципу, обеспечивая высокую удельную мощность. Современные крутящие двигатели могут работать со скоростью 1000 об / мин и выше.

В результате такой конструкции пар полюсов с более высоким числом полюсов и отсутствия многих компонентов механической передачи энергии, которые создают люфт, нагрев, трение и шум, моментные двигатели предлагают конструкторам следующие преимущества:

• небольшая занимаемая площадь благодаря высокой плотности крутящего момента;
• отличная точность вращения и повторяемость благодаря прямому контролю нагрузки;
• компактность конструкции машин за счет отказа от редукторов и ременных передач;
• низкие эксплуатационные расходы - прямой результат меньшего количества механических деталей в трансмиссии; и,
• высокая энергоэффективность благодаря исключению механических потерь в трансмиссии.

Несмотря на более высокую стоимость, чем мотор-редукторы, в настоящее время считается, что моментные двигатели предлагают проектировщику окупаемость от трех до четырех лет только за счет экономии энергии, которая не включает немедленное повышение производительности и первоначальную экономию затрат как на установку, так и на техническое обслуживание. Очевидные преимущества сокращения количества поставщиков и складских запасов также достигаются за счет использования этих двигателей.

Например, на типичной линии для производства многослойной пленки с раздувом использование моментных двигателей может уменьшить площадь экструзионной секции наполовину, и соответственно уменьшится занимаемое производственное пространство, что приведет к увеличению производительности на квадратный фут.

Также долгое время считалось, что моментные двигатели чувствительны к химическим и другим атмосферным загрязнениям, но новые конструкции были адаптированы для работы в агрессивных средах, таких как сухой кожух бумажной фабрики, и, будучи охлаждаемыми водой, удовлетворительно работают во многих суровых условиях без нагрева. повреждать. Доступны шкафы с классом защиты IP54 и выдерживают перегрузку в 2,5 раза превышающую номинальный крутящий момент.

Моментные двигатели снижают механические потери КПД до абсолютного минимума, поскольку они исключают механическую передачу в трансмиссии. По сравнению с решениями с мотор-редуктором, прирост эффективности обычно составляет 10 процентов, тогда как при замене гидравлических двигателей в таких устройствах, как термопластавтоматы, выигрыш приближается к 70 процентам. Кроме того, благодаря прямому и постоянному управлению валом нагрузки на моментных двигателях без люфта или разъединения достигается значительно более высокая точность движения, что невозможно в решениях с редуктором или ременным приводом.

Например, при производстве растянутой пленки применение крутящих двигателей на охлаждающих валках, натяжных валках, натяжных валках и намоточных машинах привело к значительному повышению качества продукции. Более точное управление скоростью валков с прямым приводом приводит к более быстрому запуску при переходе с одного пленочного продукта на другой, поскольку вероятность появления трещин в полотне сводится к минимуму. Кроме того, более высокая точность контроля позволяет производить более тонкую пленку, которая в 10 раз более однородна по толщине. Аналогичным образом, жесткая конфигурация трансмиссии, достигаемая с помощью моментных двигателей, позволяет быстрее наращивать и уменьшать скорость в циклических приложениях, что приводит к более коротким циклам и увеличению выпуска продукции за тот же период времени. Во многих приложениях с очень коротким временем цикла, таких как делительные столы или термопластавтоматы, переход от традиционных приводов к решениям с прямым приводом обычно приводит к увеличению производства на 25–30 процентов. Эти результаты показывают, что меньшее количество компонентов теперь означает более низкую стоимость жизненного цикла продукта, а также снижение вероятности отказов в полевых условиях.

Другие особенности современных моментных двигателей, которые делают их более привлекательными для разработчиков машин, включают:

• абсолютные значения или инкрементальные энкодеры или преобразователи для улучшенного
  управления движением
• электронная паспортная табличка для более быстрого ввода в эксплуатацию
• варианты горизонтального или вертикального монтажа
• варианты подшипников для осевых нагрузок
• Резисторы PTC в каждой фазе в дополнение к стандартным термисторам KTY для оптимального контроля температуры.

Возникающая наука мехатроника также имеет решающее значение для прямых приводов, таких как вращающие и линейные двигатели, в процессе интеграции, потому что протоколы управления электронными машинами очень важны для мониторинга и выполнения электромеханических движений. Хорошее знание трех дисциплин (механическая, электрическая и электронная инженерия) является основополагающим при выборе устройства, подходящего для нагрузки. Мехатроника решает такие темы для машиностроителей, как правильное расположение энкодера, расчеты реакции и динамической силы, а также то, как лучше всего механически интегрировать высокодинамичный прямой привод в машину.

Кроме того, с помощью различных передовых компьютерных методов моделирования можно проверить эффективность мехатроники и устранить неисправности в конструкции еще до того, как будет построена первая машина. Даже в полевых условиях, до и после модернизации или реконструкции, мехатронные услуги, доступные в настоящее время, могут использоваться для определения области применения продукта, полного анализа производительности и совместимости средств управления. В то время как характеристики нового двигателя или привода могут быть признаны удовлетворительными с помощью мехатронного анализа, другие механические, электрические или электронные компоненты могут быть обнаружены неадекватными. Именно благодаря такому комплексному подходу мехатроника быстро заняла свое место в общей схеме разработки и использования машин.

В заключение, с учетом сегодняшнего акцента на сдерживании затрат, энергоэффективности и более высокой производительности для каждого типа конструкции машин, крайне важно изучить все жизнеспособные варианты. При проектировании трансмиссии на многих машинах преимущества моментных двигателей, описанные в этой статье, окажут положительное влияние на общие результаты проекта. Моментные двигатели могут предложить большую гибкость при проектировании, модернизации и восстановлении приложений, а также имеют расширенные возможности, которые лоббируют их внедрение на большем количестве типов машин.

Для получения дополнительной информации о моментных двигателях свяжитесь с Siemens Industry Inc., Drive Technologies - Motion Control, по телефону (847-640-1595), по электронной почте [email protected] или через Интернет (www.usa.siemens.com / motioncontrol).

Четыре фотографии выше. Моментные двигатели с полым валом предлагают различные варианты интеграции конструкции в сочетании с расширенными характеристиками для повышения энергоэффективности, значительного сокращения компонентов и значительно меньшего размера в современных трансмиссиях машин.

Четыре фотографии ниже:Типичные области применения современных передовых моментных двигателей:а) машины для литья пластиковой пленки, б) печатные машины, в) конвертерное оборудование и г) поворотные столы станков.