Как работает электрический цилиндр (8 видео)

Электроцилиндры (электромеханические цилиндры) – это быстрые и мощные штоковые актуаторы. В общем, они работают так же, как и обычные линейные актуаторы, но предназначены для высоких нагрузок и случаев, когда требуется сложное запрограммированное линейное перемещение. Большую грузоподъемность электроцилиндрам обеспечивает применение в них мощной механической передачи – шариковинтовой или роликовинтовой, а также прочная усиленная конструкция корпуса. Электроцилиндры с ШВП к тому же очень быстры, а с РВП – обеспечивают прецизионное позиционирование. Высокая степень управляемости достигается использованием серводвигателя или шагового двигателя с соответствующей системой управления.

Электромеханические цилиндры довольно разнообразны, при этом эти актуаторы узко специализированы. Одни модели рассчитаны на большие максимальные скорости (до 1500 мм/с), другие – на высокие нагрузки (до 250 кН), третьи – на непрерывную работу, четвертые – на выполнение операций с прецизионной точностью и т.д. Однако при необходимости электроцилиндры могут работать медленно или с небольшими нагрузками, так что это не является проблемой.

Главным образом, электроцилиндры применяются в промышленности: на автоматизированных и конвейерных производствах, в сварочных аппаратах, штамповочных прессах, сталелитейном и медицинском оборудовании.

Как и любые электроприводы, электромеханические цилиндры легко настраиваются (например, регулировка и ограничение длины хода), программируются и управляются. Это выгодно отличает их от широко используемых в промышленности гидравлических и пневматических систем. Другим важным преимуществом электромеханических приводов перед гидравликой и пневматикой является их безопасность для людей – они не выделяют в окружающую среду вредных газов и жидкостей, издают меньше шума.

Надо заметить, что электроцилиндр вряд ли будет недорогим решением, но не всегда стоит пытаться сэкономить на первоначальных затратах, особенно в ущерб качеству, долговечности, характеристикам и удобству работы. Обращайтесь к нам с интересующими вас вопросами, мы с удовольствием дадим необходимые рекомендации и поможем с выбором.

Видео:Обзор электроактуаторов для минитракторов и минитехники. Сравнение скоростей.Скачать

Электроцилиндры

В основе конструкции электроцилиндра лежит телескопический принцип устройства. Из корпуса выдвигается шток и задвигается обратно, за счет того, что внутри корпуса установлен вращающийся винт, по которому перемещается гайка, соединенная со штоком. Вращение винта обеспечивается двигателем через редуктор, муфту или ременную передачу. Усиленный корпус имеет высокую жесткость для обеспечения целостности конструкции.

Все ключевые компоненты этих модульных электроцилиндров – из ассортимента Rexroth, в том числе, шариковинтовые пары с разным шагом резьбы и двигатели (шаговые и серводвигатели) с различными характеристиками. Доступно несколько типоразмеров и длин хода. Таким образом, электромеханические цилиндры Rexroth являются гибким, конфигурируемым под конкретное применение решением. При необходимости они могут быть полностью готовы к использованию, так как все необходимые для построения цельной системы линейного перемещения составные части – механика, электропривод, питание, управление, соединительные и крепежные элементы – доступны от одного поставщика в виде согласованного работоспособного комплекта.

Говоря о линейном приводе, отметим, что электромеханические устройства в последнее время используются всё шире. В частности, они используются для замены гидравлических и пневматических цилиндров, по сравнению с которыми имеют ценные преимущества по энергоэффективности и управляемости, а также обеспечивают чистоту рабочего пространства и сочетают скорость работы с большой максимальной нагрузкой.

Rexroth предлагает электроцилиндры как чисто механические устройства и как готовые системы с тщательно подобранными редукторами, двигателями, блоками питания и управления из линейки продукции IndraDrive.

Стандартные электроцилиндры EMC

Максимальная длина хода: до 1500 мм
Максимальная скорость: до 1,6 м/с
Максимальное усилие: до 29 кН
Динамическая грузоподъемность: до 29 кН

Скачать каталог электромеханических цилиндров (pdf, 6,25 МВ, англ.)
Мощные электроцилиндры EMC

Максимальная длина хода: до 1200 мм
Максимальная скорость: до 1 м/с
Максимальное усилие: до 110 кН
Динамическая грузоподъемность: до 211 кН

Основные преимущества:

Высокий КПД и малое воздействие на окружающую среду
Простая, компактная и прочная конструкция для экономии места
Широкий и полный выбор обеспечивает гибкость решений
Точное позиционирование, динамичность, мощность и долговечность благодаря использованию прецизионных винтовых передач
Готовые к установке полные системы «под ключ» для легкой и надежной установки и быстрого запуска
Программируемые интеллектуальные системы управления для реализации сложных циклов перемещения (с заданием усилия, положения и скорости)

Читайте также: Калькулятор объема сегмента цилиндра

Скачать каталог мощных электромеханических цилиндров (pdf, 15,9 МВ, англ.)

Профильные электроцилиндры

Подходят для использования в качестве приводов или вертикальных осей, например, в перекладчиках. Малая собственная масса системы профильных электроцилиндров способствует низкому энергопотреблению и малой инерции, что позволяет использовать их в любых задачах, требующих высокой точности позиционирования.

В основе конструкции профильного электроцилиндра лежат фиксируемый алюминиевый профиль и алюминиевый шток специальной формы в поперечном сечении. Шток установлен на двух стальных направляющих, приводится в движение шариковинтовой передачей и движется внутри профиля на двух каретках. Такая система может выдерживать большие продольные и поперечные нагрузки. Профиль квадратной формы со стороной 50, 70 или 100 мм обеспечивает длину хода до 400 мм.

Другая особенность – быстрая и легкая сборка за счет модульности конструкции. Сборочная технология с центрирующими кольцами избавляет от трудоемкого выравнивания. Кроме того, в отличие от многих традиционных решений, не требуются специальные переходники.

Доступно два варианта крепления двигателей для профильных электроцилиндров: продольное (через фланец и муфту) и параллельное (через боковой блок и ремень), в том числе, полностью собранными. Имеется широкий выбор серводвигателей и шаговых двигателей с абсолютным или инкрементальным энкодером, а также опциональным тормозом.

Основные преимущества:

Законченное устройство с системой направляющих и механическим приводом
Компактная конструкция
Малый собственный перемещаемый вес
Динамичность, высокие рабочие ускорения
Устойчивость к моментным нагрузкам
Быстрая сборка благодаря модульной конструкции
Тщательно подобранные стандартные длины хода
Удобство заказа с помощью кодов опций
Доступны различные шаговые двигатели и серводвигатели

Скачать каталог профильных электромеханических цилиндров (pdf, 8,88 МВ, англ.)

Видео:Как работает пневмоцилиндр?Скачать

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦИЛИНДРЫ ELION

На протяжении многих лет подразделение IMI Norgren, входящее в группу компаний IMI Precision Engineering, производило и поставляло электромеханические линейки на основе бесштоковых цилиндров LINTRA – с зубчатым ремнем или шпинделем. Но при этом в программу поставок электродвигатели и силовые электрические модули управления в поставку не входили. Пользователи этих линеек самостоятельно подбирали соответствующие их задачам совместимые по присоединению к линейкам сервомоторы и к ним — системы управления. Подразделение IMI Norgren, на основе ранее полученного опыта и потребностей рынка IA (промышленная автоматизация), решило продолжить разработку новых электромеханических изделий, чтобы выйти на новый качественный уровень. В апреле этого года на Ганноверской выставке (Германия) были представлены новые электрические приводы ELION, 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 линейку поставки вошли не только электрические цилиндры ELION, необходимые для них крепления, и датчики положения, но и сервомоторы, силовые модули управления, соединительные кабели.

Цилиндры ELION поставляются с продольным или с боковым присоединением сервомотора, а также без него. В этом случае пользователь сам стыкует удобный для него электродвигатель, имеющий аналогичные присоединительные размеры, силовой модуль и электрическую обвязку. Ниже на рисунке показан разрез цилиндра ELION. Корпус изготовлен из стандартной профильной гильзы и крышки с подшипником скольжения, через который проходит полый шток, имеющий стандартный диаметр для конкретного типоразмера и резьбу для крепления. Внутри штока размещается шпиндель механической передачи «винт-гайка», и через муфту он соединяется с сервомотором. Шток прикреплен к полому поршню с магнитом, внутри которого установлена гайка. Эта механическая передача преобразует вращательное движение вала мотора в поступательное линейное движение штока. Такая конструкция позволяет получить большее усилие перемещения штока по сравнению со стандартным пневматическим цилиндром и обеспечивает большую точность перемещения и лучшие динамические характеристики.

Читайте также: Мерные цилиндры с пробкой класс а

Пазы для датчиков положения

Линейка поставки включает в себя шесть величин диаметров цилиндров ELION, причем для каждого диаметра эксплуатационные характеристики зависят от такого параметра, как шаг шпинделя. В таблице приведены основные технические данные цилиндров ELION.

Ø цилиндра [мм]

Диаметр шпинделя [мм]

Шаг шпинделя [мм]

Осевой зазор привода [мм]

Динамическое усилие C [Н]

Осевая нагрузка F max [Н]

Крутящий момент max (Приводной вал) [Нм]

Ход [мм]

Линейная скорость max [м/сек]

Обороты шпинделя max [1/мин]

Ускорение max [м/сек2]

Max. угловой люфт штока

Резьба на шток цилиндров может быть как внешняя, так и внутренняя, причем шток при необходимости может быть удлиненным. К цилиндрам подходит вся имеющаяся номенклатура креплений, за исключением того случая, когда крепление сервомотора продольное, а значит, стандартные крепления, присоединяемые к задней крышке стандартных цилиндров, установить невозможно. Ниже показаны эти два варианта.

Шпиндели и гайки изготавливаются из высококачественной стали, что обеспечивает цилиндрам ELION прекрасные динамические характеристики, высокую нагрузочную способность, точность позиционирования, повторяемость и длительный ресурс работы. Характеристики для цилиндров с одинаковым диаметром могут отличаться, так как они зависят от шага шпинделя. Для примера приводятся графики максимальных линейных скоростей в зависимости от шага шпинделя 5, 10 и 20 мм для цилиндра с диаметром 50 мм.

Если шаг шпинделя 5 мм, то максимальная скорость Vmax = 0,4 м/сек, а если шаг — 20 мм, то Vmax = 1,5 м/сек в пределах хода штока Smax . = 1000 мм.

Для этих же цилиндров приводятся весьма важные для эксплуатации кривые, которые показывают, как в зависимости от развиваемых величин усилий вытягивания/втягивания штока Fm зависит их ресурс работы.

Нужно отметить, что электрические цилиндры способны развивать почти на порядок больше усилие Fm, чем равные по диаметру пневматические цилиндры, когда на них подается сжатый воздух с давлением 6 бар. Межремонтный пробег Lservice увеличивается при снижении нагрузки на механическую передачу «винт-гайка». Если цилиндры ELION будут эксплуатироваться при значениях Fm, равных создаваемых усилиям аналогичными пневматическими цилиндрами, то их межремонтный пробег в километрах может быть в два и более раза больше, чем у пневмоцилиндров. При этом для цилиндров ELION в период эксплуатации дополнительная смазка шпинделя не требуется.

Цилиндры 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.

В таблице кратко приведены основные параметры моторов. Причем мотор с габаритным размером 67 производится с номинальной мощностью 0,77 и 1,12 кВт.

Номинальная скорость
[об./мин]

Пиковый крутящий момент [Hм]

Моторы имеют степень защиты IP65 и надежно работают при влажности 0…95% в диапазоне температуры от 0 0 С до 60 0 С.

Для управления моторами поставляется два типа силовых модулей на основе частотного преобразователя и встроенного цифрового программируемого контроллера перемещения с обратной связью по положению. Один тип предназначен для управления моторами с размерами 55 и 67 мм, другой — для моторов с размерами 89 и 115 мм. Модули питаются от 3-х фазной сети 380VAC. Подключаются к модулю сервомотор и его тормоз через силовой кабель (цвет оранжевый) и датчик положения сервомотора — через информационный кабель (цвет зеленый), через специальные разъемы. Предусмотрена возможность подключения дискретных датчиков положения и подача управляющих сигналов через входной порт управляющих сигналов.

Читайте также: Площадь поперечного сечения тонкостенного цилиндра

Силовые модули имеют компактные размеры, причем ширина их всего 40 мм и они допускают их установку вплотную друг к другу. И если нам будет нужно установить 25 этих модулей с током потребления до 16А на канал в один шкаф управления, то они займут всего один метр. Для хранения программ и данных можно использовать SD карты, для которых на модуле имеется специальный слот. Для связи с модулем и для обмена данными между модулями используется интегрированный интерфейс RS485. Для связи с верхним уровнем предусмотрено место для установки одной из шести сетевых карт EtherCAT, Profinet, PROFIBUS, Ethernet/IP, DeviceNet или CANopen со своей цветовой маркировкой.

Интегрированные контроллеры управления перемещением дают возможность программировать сложные профили движений. Доступна автономная или модульная конфигурация. Все это позволяет инсталлировать один или несколько приводов в рамках одного приложения. Для реализации модульного управления контроллеры объединяются для одновременного управления несколькими осями по интерфейсу RS 485. Моторы подключаются к силовому модулю одним из двух типов силовых кабелей (с поддержкой работы встроенного тормоза или нет) с длинной 5 или 10 метров, а также с такими же размерами по длине одним из двух типов кабелей для считывания информации с датчика положения ротора (резольвер или энкодер). Для привязки к реперной точке, от которой должен идти отсчет перемещения, а также для промежуточных позиций и конечной позиции необходимо подключить к контроллеру дополнительные внешние магнитные дискретные датчики положения серии M /50, которые устанавливаются в пазы цилиндров ELION . В качестве дополнительных принадлежностей силовых модулей отдельно можно заказать съемный дисплей, внешний тормозной резистор, сетевой фильтр, кабели под интерфейс RS485 и USB кабель для связи с компьютером с конвертером.

Итак, рассмотренный комплект цилиндров ELION и модули управления ими смогут вполне заменить почти во всех стандартных приложениях пневматические цилиндры с магнитным поршнем с датчиками конечного положения, которые управляются воздухом от пневмораспределителей. Такая замена позволит получить лучшую динамику за счет реализации линейного перемещения с равномерным разгоном и торможением (график изменения скорости в виде треугольника или трапеции), регулируемый по величине толкающий/втягивающий момент, снизить износ механизмов за счет устранения механических перегрузок и рывков и пр. Применение ELION увеличит наши возможности при разработке нового оборудования, в котором позволит реализовать приложения для линейных многопозиционных или следящих систем, синхронное и согласованное по перемещению мультиосевое управление, которое было проблематично реализовать на пневматическом оборудовании из-за худших показателей по таким критериям, как «Управляемость» и «Наблюдаемость». Нужно отметить, что при правильной эксплуатации ELION имеет больший межремонтный ресурс и меньшие эксплуатационные и энергетические затраты. При сравнении по основным техническим характеристикам одинаковых по размерам электрических цилиндров, которые уже выпускаются такими известными компаниями, как FESTO, Camozzi, SMC, Parker, Metal Work, Tolomatic и др., можно сделать вывод, что цилиндры ELION имеют не хуже, а в ряде случае — даже несколько лучшие параметры. И поставляемые в комплекте к цилиндрам серводвигатели и силовые программируемые модули отвечают самым современным требованиям по возможностям управления, функциональности и качеству.

Если Вам нужно сделать важное решение относительно того, какой же тип цилиндров (электрический или пневматический), предпочтительно применить в проектируемом Вами изделии, предлагается следующая методика выбора:

Что Вам необходимо получить от применяемого привода?

Мне требуется высочайший уровень контроля точности и повторяемости