Задача расчета параметров линейного сервомотора, подходящего для конкретного применения, имеет важное практическое значение. При подборе моторов (двигателей) ограничения, накладываемые на процессы электромеханического преобразования энергии, должны учитываться тщательно и с разумным запасом.
При выборе линейного сервомотора, прежде всего необходимо быть уверенным, что он развивает достаточное усилие, которое способно обеспечить оптимальный режим работы сервомотора. Занижение необходимого усилия электропривода снижает надежность его работы и при неблагоприятных условиях вызывает ускоренный износ изоляции и выход двигателя из строя. Большие запасы по усилию также влекут негативные последствия, связанные с нерациональным использованием дорогостоящего оборудования, ухудшением энергетических показателей недогруженных двигателей и увеличением динамических нагрузок механизмов.
Общий принцип
При подборе линейного сервомотора прибегают к использованию так называемой нагрузочной диаграммы – зависимость силы двигателя от времени F=f(t), соответствующей известной зависимости скорости электропривода от времени v=f(t). Расчет нагрузочной диаграммы двигателя может быть произведен с помощью уравнения движения (второй закон Ньютона):
F =m×a +F_тр или F=F_дин+F_тр,
где
F_тр – сила сопротивления трения;
F_дин – динамическая сила, обусловленная инерционностью системы, равная произведению массы на ускорение.
При этом для расчета нагрузочной диаграммы должны быть известны параметры нагрузки, скорость двигателя, коэффициент трения, преодолеваемое расстояние и время всего цикла работы двигателя, которое включает в себя промежутки времени ускорения, торможения и работы на постоянной скорости.
Механические параметры
Механические параметры, применяемые при расчетах, обусловлены массой движущихся частей самого двигателя и перемещаемой им нагрузки, а также требуемой диаграммой движения.
Возьмем для примера расчета систему со следующими параметрами:
- Масса нагрузки m_W=1 кг
- Масса стола m_T=2 кг
- Скорость двигателя V=2 м/с
- Преодолеваемое расстояние l=0,76 м
- Коэффициент трения µ=0,2
- Время ускорения t_a=0,02 с
- Время работы на постоянной скорости t_c=0,36 с
- Время торможения t_d=0,02 с
- Время цикла t=0,5 с
- Внешняя сила на участке линейного движения F_E=0 Н
Диаграмма рабочего цикла двигателя
По заданным механическим параметрам рассчитывается и строится тахограмма (зависимость скорости двигателя от времени v=f(t)) линейного сервомотора. Относительно нее рассчитывается и строится нагрузочная диаграмма двигателя:
В общем случае, катушка располагается на магнитном пути, вдоль которого она и перемещается. Также есть двусторонние типы устройств, в которых магнитный путь располагается с двух сторон по отношению к движущейся катушке. Такое расположение составных частей машины осуществляется для более эффективного использования магнитного потока с обеих сторон.
Установившаяся сила сопротивления (без учета влияния движущейся катушки)
F_L=[9,8 ∙ μ ∙ (m_W+m_T )]+F_E=9,8 ∙ 0,2 ∙ (1+2)+0=5,88 (Н)
Динамическая сила сопротивления (без учета влияния движущейся катушки)
F_P=(m_W+m_T ) ∙ V/t_a + F_L=(1+2) ∙ 2/0,02+5,88=305,88 (Н)
Выбор комплекта сервопривода на основе полученных данных.