Print

Osm kritérií při výběru součástí pohonů

-- 13.03.2020

Elektromechanické systémy nabízejí nesporné výhody oproti hydraulickým a pneumatickým pohonům.

Rozhodujeme-li se, zda použít kapalinou poháněné či elektromechanické lineární pohony, může pečlivé zvážení dlouhodobých výhod pro zamýšleného koncového uživatele pomoci projektantům systémů samotných výrobců OEM (Original Equipment Manufacturer) maximalizovat jak hodnotu produktu, tak i návratnost investic (ROI).

Pohony poháněné kapalinou převádějí pohyb elektrické energie přes sloupec vzduchu, plynu, oleje nebo jiných médií. Zatímco pohyb, který poskytují, je jednodušší než u jiných typů pohonů, u infrastruktury potřebné k jejich podpoře už tomu tak není. Hydraulické pohony vyžadují externí systém čerpadel a ventilů; pneumatické pohony zase potřebují složité systémy přívodu vzduchu. U obou je délka zdvihu definována mechanickým zastavením natvrdo. Elektromechanické systémy zvládnou složitější operace v rámci mnohem jednoduššího konstrukčního řešení.

Elektromotor – přes řemenový převod, šnekové soukolí, planetový převod nebo přímou spojku – otáčí kuličkovým šroubem, který převádí točivý moment na axiální sílu prostřednictvím prodloužené trubice. Všechny klíčové komponenty pohybu jsou nebo mohou být soběstačné. Pohyb je řízen programovatelným elektronickým signálem. V rámci výběru mezi kapalinovými a elektromechanickými pohony by projektanti systémů měli zvážit následujících osm kritérií.

1. Řízení profilu pohybu

V souvislosti s tím, jak se ve světě zvyšuje vrtošivost a složitost podnikání, vyžadují uživatelé strojů a zařízení poháněných pohonem větší možnost kontroly nad polohou, rychlostí nebo silou v celém rozsahu pohybu. Hydraulické kapalinové pohony nejsou schopny tento požadavek tak snadno zajistit. Je pro ně obtížné dosáhnout pomalých regulovaných rychlostí, které mohou být v rámci mnoha aplikací potřebné. I hydraulické pohony lze sice do určité míry ovládat pomocí externích systémů, jako jsou proporcionální regulátory, ventily a enkodéry, avšak tím se celý systém jen prodražuje.

Protože elektromechanický pohyb je řízen elektronicky, je možné zařízení naprogramovat tak, aby se zastavilo v jakémkoli bodě podél zdvihu. Profily síly a pohybu lze v softwaru měnit, aniž byste museli stroj vypínat a znovu konfigurovat. Zvýšená ovladatelnost elektromechanických ovládacích členů může často eliminovat potřebu přepínání při přechodu z jednoho produktu na druhý. V rámci aplikací, jako jsou balicí linky, kde může při jedné směně běžet řada různých velikostí balení, to vede k významným úsporám (viz obr. 1). Elektromechanické pohony lze rovněž připojit na síť a umožnit tak jejich vzájemnou synchronizaci, což koncovým uživatelům usnadňuje práci s nesouměrnými zátěžemi.

2. Dopad na úroveň čistoty a bezpečnosti

Kromě toho, že kapalinové systémy mohou nabídnout jen omezený profil pohybu, způsobují navíc větší znečištění a vytvářejí potenciálně nebezpečnější pracovní prostředí. Například hydraulické kapaliny musejí být nějakým způsobem přepravovány a skladovány. Vždycky dochází k rozmanitým únikům, které je zapotřebí následně odstranit, jelikož mohou zapříčinit pracovní úrazy způsobené uklouznutím a pádem. Ke snížení množství různých kontaminantů v kapalinách je nutno použít rozličné filtrační metody. Jakmile dojde k úplnému znehodnocení kapaliny, je potřeba ji vyměnit a pečlivě zlikvidovat. Pneumatické pohony představují podobné problémy kvůli přítomnosti oleje a jiných nečistot v přívodech stlačeného vzduchu. Odváděný vzduch musí být před vypuštěním do okolního prostředí filtrován, aby byly odstraněny nečistoty.

U elektromechanických pohonů se s podobnými problémy vůbec nesetkáváme. Pohyb je realizován v přesných kovových součástech, jež vyžadují pouze běžné mazání, v některých případech dokonce vůbec žádné. Vzhledem k tomu jsou elektromechanické pohony obzvlášť vhodné pro použití v sanitárních aplikacích, které vyžadují ultra čistý provoz, například v potravinářském, nápojovém, obalovém, lékařském a elektronickém průmyslu (viz obr. 2).

Protože všechny komponenty jsou obsaženy v uzavřených modulech s vysokou ochranou proti vniknutí, jsou elektromechanické pohony také vhodnější pro prostředí s vyšším rizikem kontaminace, tj. pro chemické závody, papírny, svařovny a různé exteriérové aplikace.

3. Životnost a údržba

Vyhýbat se nečistotám a kontaminaci způsobené kapalinami znamená snížit tlak na zdroje údržby; největší zatížení údržby však představuje složitost hydraulických systémů.

V rámci hydraulických systémů se v praxi nejčastěji setkáváme s rutinní formou údržby typu porucha / následná oprava. Olej ztrácí účinnost a musí být zkontrolován. Těsnění a ucpávky podléhají poškození a opotřebení. Komponenty infrastruktury musejí být monitorovány a podle potřeby vyměněny. Elektromechanické pohony však běží déle bez zásahu údržby, což zajišťuje konzistentní výkon po celou dobu životnosti pohonu.

4. Okolní hluk

Hluk představuje u hydraulických i pneumatických pohonů významný problém. Hydraulický systém se skládá z elektrického motoru, ložisek, sestavy rotoru/statoru a ventilátoru. Motor pohání čerpadlo, které natlakuje hydraulickou tekutinu ve válci přes ventil. Kapalina je přenášena systémem potrubí, hadic a tvarovek.

Pro zachování tlaku na požadované úrovni musí být tento systém udržován neustále ve volnoběhu, což produkuje dodatečný hluk, který je často slyšitelný po celém podniku a zvyšuje hladinu okolního hluku. Tato problematika došla až do takové fáze, že z výrobků snižujících hluk hydraulických systémů bylo vytvořeno samostatné průmyslové odvětví. U pneumatických pohonů je hluk většinou důsledkem úniku vzduchu, k čemuž dochází poměrně často. Tlakové ztráty a nečistoty, které se vyskytují v přívodech stlačeného vzduchu, mají dopad na pneumatické pohony, což způsobuje zvýšení spotřeby energie a tím i hladiny hluku.

Naproti tomu samotné konstrukční řešení elektromechanických pohonů má ztišující vliv na jejich provoz. Tato technologie se neustále vyvíjí, aby bylo dosaženo ještě tišších provozních úrovní, což jsou zcela nedostižitelné hodnoty pro pohony ovládané jinými médii. Například na trhu existuje elektromechanický pohon, jehož hladina hluku během provozu je nižší než 45 dB – přibližně stejná hodnota, jakou známe z prostředí veřejných knihoven.

5. Energetická účinnost

Hydraulické pohony spotřebovávají energii velmi neefektivně, protože procházejí procesem dvoustupňové přeměny energie. Hydraulické systémy mají tu výhodu, že jsou schopny udržovat konstantní tlak, aniž by musely aplikovat další množství energie, ale k tomu je vyžadováno udržování nepřetržitého chodu čerpadla, i když pohon neprovádí žádnou práci. U pneumatických pohonů zvyšuje vzduch unikající skrze netěsnosti spotřebu energie a hladinu okolního hluku.

Naproti tomu elektromechanická technologie využívá energii, pouze když je v chodu, a to s vysokou účinností. Více než 90 % energie aplikované na elektromechanickou sestavu kuličkových a válečkových šroubů je přeměněno na funkční práci. Elektromechanické zařízení dokáže udržet zatížení v definovaném místě, aniž by muselo vynakládat další energii nebo mít k dispozici podpůrnou soustavu systému.

6. Efektivní využití prostoru

Skutečnost, že celý elektromechanický pohon lze umístit do samostatné kompaktní jednotky, znamená, že výrobci OEM mohou vyrábět menší stroje. Toto zmenšení velikosti pomáhá koncovým uživatelům realizovat automatizační řešení v menších prostorách, což zlepšuje efektivitu provozu i využití prostoru (viz obr. 3). Někteří výrobci zašli o krok dále ve výrobě pohonů s možností uchycení jen pomocí jednoho montážního otvoru, což usnadňuje výrobcům OEM dodávku rozměrově stále menších systémů.

7. Integrace s jinými aplikacemi

Průmyslové systémy jsou stále chytřejší a propojenější, a tak se objevují příležitosti k optimalizaci výroby na novou úroveň kvality, efektivity a kontroly nákladů. Mnoho z nich zahrnuje výměnu provozních dat na pracovištích prostřednictvím cloudu. Hydraulické pohony nebývají pro tyto aplikace takto vybavené, jelikož k zajištění toho, co už je normálně integrováno do elektrických pohonů, je často zapotřebí další hardware. Požadavek na přídavnou technologii činí integraci hydraulických pohonů do strategií optimalizace procesů nebo do modernizace nákladnější a občas obtížnější.

Elektromechanické pohony se připojují k sítím pouze pomocí několika drátů, což jim usnadňuje výměnu informací o výkonu mezi ovládacími zařízeními a také s optimalizačním softwarem.

8. Celkové provozní náklady

Zatímco každé dosud diskutované kritérium výběru se do určité míry promítá do protihodnoty pro konečného uživatele, největší přínos elektromechanického pohonu je pravděpodobně jeho role při snižování celkových provozních nákladů. Větší možnost kontroly nad profilem pohybu znamená, že není třeba kupovat složité přídavné komponenty, servoventily nebo jiné součásti pro řízení operací.

Čistší provoz a snížený objem údržbářských zásahů přispívají ke konečnému výsledku tím, že snižují náklady na monitorování a opravy systémů. Použití elektromechanických pohonů eliminuje náklady na hydraulický olej používaný v tradičních hydraulických systémech.

Protože elektromechanické pohony běží déle bez nutnosti zásahu údržby, výrobci ušetří na pořizování náhradních pohonů a na správě zásob. Schopnost elektromechanických pohonů přeměnit 90 % energie na funkční práci umožňuje podniku ušetřit tisíce dolarů v nákladech na spotřebovanou energii. V energeticky náročných odvětvích mohou úspory nákladů na energii ospravedlnit přechod na elektromechanické pohony s návratností systému již za jeden rok.

Efektivnější využití prostoru může mít významný finanční přínos, a to zejména v oblastech, kde jsou hodnoty nemovitostí vysoké nebo se jedná o těžbu ropy na volném moři či o jakékoli aplikace ovládané na dálku. V budoucnu se může stát, že největší finanční výhodou používání elektromechanických pohonů je jejich připravenost na integraci do digitálního věku. Společnosti získávají výhody tím, že stahují data zařízení do softwaru pro správu aktiv, což umožňuje větší prediktivní správu procesů a aktiv.

Klíčovým aspektem pro projektanty těchto systémů je výběr a integrace těch správných komponent, které poskytují přesnost, účinnost, preciznost, nízkou hladinu hluku a další výkonnostní charakteristiky. Mnoho společností vyrábějících elektromechanické pohony nabízí on-line samoobslužné nástroje výběru, díky nimž jsou projektanti schopni přesně dimenzovat a vybírat systémy lineárního pohybu, včetně dalších různých komponent.

Sdílení výhod

Většina stejných funkcí, díky nimž jsou elektromechanické pohony hodnotnější než hydraulické kapalinové systémy, také usnadňuje projektantům systémů OEM předávat tuto přidanou hodnotu dál. Pneumatická nebo hydraulická technologie vyžaduje práci se složitou infrastrukturou náročnou na prostor.

Elektromechanické pohony jsou jednodušší a snáze dimenzovatelné. V několika krocích jsou projektanti schopni určit požadovaný zatěžovací a pracovní cyklus a vyměřit délku zdvihu i odtažení. Moderní konfigurační nástroje tento proces ještě více usnadňují. Jakmile je pohon určen, konečný uživatel stanoví místo jeho montáže, namontuje jej a připojí pomocí několika vodičů; pohon je tím okamžitě připraven k provozu. Projektanti kapalinových systémů provádějí podobné výpočty, ale musejí brát v potaz dodatečné požadavky systému na to, kde lokalizovat a jak udržet neustálý přívod kapaliny do pohonu.

Elektromechanické pohony mohou výrobcům OEM pomoci v oblasti konkurenceschopnějších nabídek, protože poskytují koncovým uživatelům obrovské množství výhod. Vzhledem k tomu, že se s nimi snadněji pracuje a jsou univerzálnější, mohou elektromechanické pohony také přispět ke snížení nákladů na jejich design a vývoj.

Maximalizace hodnot a návratnosti investic

Kromě toho, že projektantům systémů poskytují jednodušší a univerzálnější složku pohybu ve srovnání s hydraulickými pohony, nabízejí elektromechanické lineární pohony významné výhody jak koncovým uživatelům, tak i výrobcům OEM. Jsou čistší, snáze integrovatelné, ovladatelné a udržovatelné, tišší a energeticky účinnější. Navíc zabírají méně místa – to vše přispívá k nižším celkovým provozním nákladům a delšímu provozování bez nutnosti zásahu údržby. Hydraulické a pneumatické alternativy mají určitě své místo, ale nejlepší praxí je zvážit při rozhodování všechny možnosti; výsledkem bude ta nejvhodnější ovládací technika pro danou aplikaci.

Chad Carlberg je manažer pro produktovou řadu Linear Actuators – Americas ve společnosti Thomson Industries. Je zodpovědný za všechny aspekty krátkodobých a dlouhodobých strategií podnikání s lineárními pohony, včetně produktových map a vývoje produktů. Má bakalářský titul z oboru marketing na Butlerově univerzitě a ve společnosti je zaměstnán již patnáctým rokem.

Chris Diak je obchodní manažer ve společnosti Motion Industries a pracuje v oboru elektro/automatizace 24 let, z toho posledních 22 let ve společnosti Motion Industries. Získal titul BSEE na univerzitě Clemson.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Výroba nové generace: Technologické trendy
2020-04-28 - 2020-04-28
Místo: online konferenční webinář
Nekonvenční zdroje elektrické energie
2020-05-13 - 2020-05-15
Místo: Hotel Ryšavý, Vémyslice
Úspory a údržba v průmyslu
2020-05-19 - 2020-05-19
Místo: Ostrava
Národné fórum údržby 2020
2020-05-26 - 2020-05-27
Místo: Hotel PATRIA, Štrbské Pleso

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Vyskočilova 1561/4a
14000 Praha 4
tel. +420739552216

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2020 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI