News Статьи Пневматика ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ БЕСШТОКОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ IMI NORGREN ELION

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ БЕСШТОКОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ IMI NORGREN ELION

Подразделение IMI Norgren, входящее в группу компаний IMI Precision Engineering, ранее производило и поставляло электромеханические приводы на основе бесштоковых цилиндров LINTRA с зубчатым ремнем или шпинделем, но при этом в программу поставок электродвигатели и силовые электрические модули управления не входили. Для того, чтобы выйти на новый качественный уровень, в начале 2019 года подразделение компании IA (Промышленная Автоматизация), на основе ранее полученного опыта и потребностей рынка, приступило к разработке новых электромеханических изделий. И как результат - в апреле 2019 года на Ганноверской выставке (Германия) были представлены новые электрические приводы IMI NORGREN ELION серии E/809000, разработанные на основе типовых пневматических цилиндров в соответствии со стандартом ISO 15552. Эти изделия позволят расширить диапазон применений в секторах промышленной автоматизации, а производителям оборудования - применить в своих изделиях новые технические решения. В продуктовую линейку вошли не только электрические цилиндры IMI NORGREN ELION, необходимые для них крепления, и датчики положения, но и сервомоторы, силовые модули управления, соединительные кабели.

В конце 2019 года в IMI Norgren приступили к производству новых электрических бесштоковых цилиндров IMI NORGREN ELION Rodless на основе отработанного конструктива LINTRA®PLUS серии M/146000 - путем замены поршня с пневматическим перемещением, соединенного с кареткой, на зубчатый ремень или шпиндель. Эти изделия получили номера серий E/148000 (с зубчатым ремнем) и E/149000 (шпиндель), которые могут поставляться с креплениями. А датчики положения, сервомоторы, силовые модули управления, соединительные кабели являются универсальными изделиями и поставляются как для предыдущей серии электрических цилиндров со штоком (серии E/809000), так и для продукции новых серий. Ниже показаны изделия из программы поставок IMI NORGREN ELION. Рассмотрим их основные особенности.

Приводы IMI NORGREN ELION могут поставляться с продольным или с боковым присоединением сервомотора, а также без него. В таком случае пользователь устанавливает необходимый для него мотор, имеющий аналогичные присоединительные размеры, силовой модуль и электрическую обвязку.

На следующем рисунке показан разрез цилиндра IMI NORGREN ELION серии E/149000. Корпус изготовлен из профильной гильзы LINTRA®PLUS. Внутри гильзы размещается шпиндель механической передачи «винт-гайка» и через муфту он соединяется с сервомотором. Шпиндель через гайку прикреплен к полому поршню с магнитом, к которому прикреплена каретка. Эта механическая передача преобразует вращательное движение вала мотора в поступательное линейное движение каретки. Такая конструкция позволила получить большее усилие перемещения каретки по сравнению со стандартным пневматическим цилиндром и обеспечивает большую точность перемещения и лучшие динамические характеристики.

Продуктовая линейка включает в себя четыре варианта толщины профиля электрических бесштоковых цилиндров IMI NORGREN ELION, эквивалентных LINTRA®PLUS, причем для каждого диаметра эксплуатационные характеристики зависят от такого параметра, как шаг шпинделя. В таблице приведены основные технические данные приводов, такие как точность перемещения, величины хода, усилия, динамические нагрузки, скорость и ускорение линейного перемещения каретки.

Основные технические данные:

Размер привода □ (мм)	48		60			80			100
Диаметр шпинделя (мм)	12		16			20			25
Шаг (мм)	5	10	5	10	16	5	10	20	5	10	25
Осевой зазор привода (мм)	0,02		0,04			0,04			0,04
Динамическое усилие C (N)	5500	5100	10100	7900		13100	9700	6800	14600	14500	7400
Осевая нагрузка F max (N)	3000	2520	5200	4100	4200	8000	5500	3800	10150	10100	4750
Крутящий момент max (Nm)	2,8	4,7	4,9	7,7	12,7	7,5	10,3	14,3	9,5	18,9	22,4
Доступный для заказа ход (мм)*	100... 1280		100... 2500			100... 2500			100... 2500
Линейная скорость max (м/сек)	0,6	1,3	0,5 1,0 1,6			0,4 0,8 1,5			0,3 0,6 1,5
Обороты шпинделя max (1/мин)	7690	7630	6470	6120	6000	4590 4660 4570			3610 3670 3640
Ускорение max (м/сек²)	10

*ход каретки до 4100 мм по запросу.

Шпиндели и гайки изготавливаются из высококачественной стали, что обеспечивает цилиндрам IMI NORGREN ELION прекрасные динамические характеристики, высокую нагрузочную способность, точность позиционирования, повторяемость и длительный ресурс работы. Характеристики для цилиндров с одинаковыми типоразмерами могут отличаться, так как они зависят от шага шпинделя. Следует учитывать корреляцию между максимальной длиной хода и максимальной скоростью привода, а также различными значениями шага шпинделя, определяющими максимальную скорость. Для того, чтобы избежать колебаний шпинделя, может потребоваться реализация дополнительных опор шпинделя. Допустимые значения максимальной скорости с опорами шпинделя и без них приведены ниже. Для примера приводятся графики допустимых линейных скоростей Vmax в зависимости от шага шпинделя 5, 10 и 16 мм для привода E/149060 размера 60 мм в зависимости от длины хода Smax. Нужно учесть, что длина нулевого хода приводов увеличивается при установке опор шпинделя.

Привод E/149060: на рисунке ниже приводятся графики допустимых осевых усилий Fthrust в зависимости от шага шпинделя и длины хода Smax:

Для этих же приводов E/149060 приводятся весьма важные для эксплуатации кривые, которые показывают, как, в зависимости от развиваемых величин усилий перемещения каретки Fm, зависит их ресурс работы Lservice:

Нужно отметить, что электрические приводы способны развивать во много раз больше усилие Fm, чем равные по диаметру пневматические цилиндры, когда на них подается сжатый воздух с давлением 6 бар. Как показывают графики, межремонтный пробег Lservice увеличивается при снижении нагрузки на механическую передачу «винт-гайка». Если приводы IMI NORGREN ELION будут эксплуатироваться при значениях Fm, равных создаваемым усилиям аналогичными по размерам пневматическими цилиндрами LINTRA®PLUS серии M/146000, то их межремонтный пробег в километрах может быть в два и более раза больше. При этом для приводов E/149000 в период эксплуатации дополнительная смазка шпинделя не требуется.

Теперь рассмотрим особенности приводов IMI NORGREN ELION серии E/148000. Ниже на рисунке показан разрез привода с зубчатым ремнем. Корпус изготовлен из профильной гильзы LINTRA®PLUS. Внутри гильзы размещается зубчатый ремень, который приводит в движение каретку и через муфту он соединяется с сервомотором. Зубчатый ремень с двух сторон прикреплен к полому поршню с магнитом, к которому прикреплена каретка. Эта механическая передача преобразует вращательное движение вала мотора в поступательное линейное движение каретки. Такая конструкция позволила получить большую динамику перемещения каретки и легко позволяет реализовывать многоосевые механизмы с синхронизацией движения кареток по сравнению со стандартными пневматическим бесштоковыми цилиндрами. А это очень важно в системах сборочных производств и в упаковочных машинах.

Продуктовая линейка включает в себя четыре варианта толщины профиля электрических бесштоковых цилиндров IMI NORGREN ELION, эквивалентных LINTRA®PLUS. В таблице приведены основные технические данные приводов, такие как размеры, ширина зубчатого ремня, точность и скорость перемещения каретки и пр.

Основные технические данные:

Размер привода □ (мм)	48	60	80	100
Ширина зубчатого ремня (мм)	12	16	20	25
Приращение хода (мм)	5	5	4	4
Осевой зазор (мм) 0,2 0,2 0,45 0,45	0,2	0,2	0,45	0,45
Макс. скорость (м/сек) на основе мотора 6000 об/мин, с пер. отношением 1:1	10	10	10	10
Осевое усилие F max (kN)	0,2	0,5	1	1,5
Макс. крутящий момент (Приводной вал) (Nm)	3,8	12,3	33,1	63,0
Заказной ход (мм)	100 … 3000	100 … 5500	100 … 5500	100 … 5500

Этот привод может выполнять несколько задач линейного позиционирования. Чтобы предотвратить повреждение внутренней направляющей привода, боковые силы и значения крутящего момента должны быть сохранены в пределах спецификаций, приведенных в технической документации на серию E/148000. Также следует избегать ударной нагрузки на каретку и корпус, чтобы не повредить зубчатый ремень и подшипники. Следует так же избегать механическое воздействие на защитную ленту.

На каретку привода могут действовать продольные Fx, поперечные Fy и вертикальные усилия Fz, а также на саму гильзу могут воздействовать крутящие моменты Mx, My и Mz, обусловленные особенностями эксплуатации. Величины этих моментов и усилий приводят к ограничению усилия Fmax и момента Mmax, которые являются максимально допустимыми для различных линейных скоростей перемещения каретки. Ниже для примера приводятся диаграммы максимально допустимых усилия и момента для привода E/148000.

Эти кривые показывают, что наибольшее влияние на ограничение величины максимального усилия Fmax и момента Mmax в зависимости от линейной скорости V оказывают именно величины Mx, My и Мz.

Другим важным параметром, который нужно учитывать при эксплуатации такого типа линейных приводов, где прочность конструкции обеспечивается только гильзой, это расстояние между промежуточными опорами, на которые опирается линейный привод. Таких проблем не возникает, если привод установлен вплотную на плоскую поверхность. Если же привод крепится не на поверхности за края гильзы, то при больших расстояниях между ними гильза привода под воздействием усилий Fy и Fz может деформироваться как по горизонтали, так и по вертикали.

На рисунке - кривые, которые информируют о максимально допустимых расстояниях между опорами и концами гильзы Lmax привода типа E/148000 в зависимости от величин усилий Fy и Fz:

Очень важно при выборе линейного привода, как электрического, так и пневматического, выбрать такое исполнение, чтобы привод обеспечивал перемещение каретки с требуемыми линейной скоростью и усилием с учетом всех моментов и усилий, которые на него воздействуют при эксплуатации. И здесь действует единое правило, что сумма относительных величин всех моментов и усилий, действующих на каретку привода и гильзу, должна быть равна или менее величины 1. Ниже на рисунке приводятся усилия и моменты, которые воздействуют на привод, и формула, по которой необходимо проверить правильность подбора линейного привода.

Максимальные величины моментов и усилий, допустимые для приводов серий E/148000 и E/149000, приводятся в технической документации (ссылки смотреть ниже).

Цилиндры IMI NORGREN ELION дополняются рядом из четырёх компактных высокопроизводительных сервомоторов переменного тока с высокими динамическими параметрами и с малым моментом инерции ротора. Моторы могут быть установлены на цилиндры продольно, что упрощает их стыковку, или параллельно в четырех положениях для экономии рабочего пространства. Благодаря широкому диапазону крутящего момента до 10,5 Нм и двум вариантам обратной связи по положению ротора, они наилучшим образом могут соответствовать вашим требованиям. Мотор может дополнительно иметь встроенный тормоз, блокирующий вращение ротора мотора при отключении питания, что повышает безопасность работы. Моторы через специальные силовые и информационные кабели соединяются с модулями управления. Ниже показан внешний вид моторов и модуля управления.

Краткое описание моторов и модулей управления было дано в предыдущей статье на электрические цилиндры IMI NORGREN ELION со штоком:/news/stati/pnevmatika/elektricheskie-tsilindri-elion/

Полные электрические характеристики и габаритные размеры бесштоковых электрических цилиндров (линейных приводов) IMI NORGREN ELION приводятся в спецификациях, которые доступны для ознакомления и скачивания по ссылкам:

Серия E/148000 https://cdn.norgren.com/pdf/en_1_6_500_Epdf
Серия E/149000

Каждая спецификация включает стандартную техническую информацию:

технические характеристики и параметры приводов
варианты заказных номеров и выбор опции
информация о размерах
крепления и аксессуары.

Кроме того, в спецификации присутствуют разделы:

допустимые нагрузки и скорости
ресурс работы
правила и формулы определения геометрических размеров приводов и пример такого определения размеров
информация о моторах, управляющих силовых модулях и соединительных кабелях и др.

Для облегчения подбора как электрического цилиндра, так и дополнительных компонентов на сайте IMI Precision Engineering доступен конфигуратор. Он позволяет автоматически подобрать как бесштоковый привод, так и привод со штоком - путем введения всех необходимых данных, таких как ход, усилие, скорость перемещения и пр.

Конфигуратор доступен по ссылке https://www.imi-precision.com/uk/en/config.aspx

Давайте кратко подведем итоги.

Ниже приводится иллюстрация основных особенностей этих двух вариантов исполнения бесштоковых линейных приводов:

Стоит также подчеркнуть, чем принципиально отличаются возможности применения привода со штоком и без штока:

Итак, IMI Norgren ELION предлагает своим клиентам великолепные изделия - приводы со штоком и без штока, технологический уровень и качество которых подтверждают неизменный девиз нашей компании:

«Мы помогаем перемещать самые удивительные машины, которые создали люди».