Napędy liniowe stosowane są w niemal każdej gałęzi przemysłu, od spożywczego, poprzez papierniczy i meblarski aż po automotive. Jedną z ich zalet jest możliwość precyzyjnego i dowolnego pozycjonowania z dokładnością do 0,02 mm.

Napędy liniowe w przemyśle

Większość zakładów wytwórczych korzysta z napędów liniowych firm Festo, SMC, NSK i Prema. Swoich zwolenników mają także napędy marek Bosch Rexroth, Copley, LinMot, SMC, Siemens i SEW Eurodrive.

Cechą charakterystyczną napędów liniowych jest duża dynamika, a także łatwa sterowalność. Z ich udziałem można tworzyć całe zespoły o dużej mocy, na które składa się kilka połączonych ze sobą silników. Dzięki napędom liniowym możliwe jest wykonanie wielu operacji, w tym przesuwania, podnoszenia, przerzucania, naciągania, zaciskania, napędzania pras i dozowania materiałów, zarówno sypkich jak i płynnych. Co więcej, poruszają elementami konstrukcyjnymi wielu innych urządzeń, w tym pras, przenośników rolkowych i taśmowych, młotów, płynów, pił tarczowych, suwnic, wind i bram przesuwnych. Mogą także napędzać nowoczesne pociągi rozwijające duże prędkości, unoszone elektromagnetycznie lub elektrodynamicznie. Katalog wykorzystania napędów liniowych wciąż rośnie i powiększa się o całkiem nowe urządzenia i przyszłościowe pojazdy.

Tak precyzyjne urządzenia muszą posiadać ochronę przed przedostawaniem się zanieczyszczeń do prowadnicy. Zapewnia je osłona prowadnicy. Główną rolę w urządzeniu odgrywa otwarty interfejs silnika, który umożliwia adaptację do istniejących standardów. Kompletny zestaw napędu liniowego bazuje na płaskim elektrycznym napędziu miniaturowym ze sztywną prowadnicą, zapewniającą łagodne przyspieszanie i hamowanie obciążeń użytecznych do 4 kg.

Tego typu miniaturowe napędy liniowe znajdują zastosowanie w układach pionowych i w zadaniach wymagających krótkiego zmiennego skoku. Chodzi przede wszystkim o precyzyjne pchanie, chwytanie oraz wkładanie z zachowaniem nieliniowości i równoległości w zakresie 0,01 mm, nawet pod dużym obciążeniem mechanicznym. Typowe miniaturowe napędy liniowe pozwalają na skok do 300 mm w czterech pozycjach co 90°.

Napędy liniowe możemy podzielić na:

– Napędy elektryczne

– Napędy pneumatyczne

– Napędy hydrauliczne

Obecnie najczęściej stosowanymi napędami liniowymi są napędy elektryczne indukcyjne. Induktor to część pierwotna silnika zasilana z sieci elektrycznej, zbudowana z ferromagnetycznego rdzenia stalowego i umieszczonego w rowkach uzwojenia wytwarzającego strumień elektromagnetyczny. Wtórna część silnika, czyli bieżnik, to płaska szyna, która najczęściej jest dłuższa od induktora.

Pole magnetyczne (wędrujące) powstaje w uzwojeniu, a następnie indukuje prądy w bieżniku. Skutkiem tego powstaje siła pociągowa, która inicjuje ruch liniowy induktora albo bieżnika.

Tego typu napędy znajdują zastosowanie m.in. w elementach przesuwnych robotów przemysłowych, w kolejnictwie oraz w maszynach służących m.in. do napełniania i kapslowania butelek czy rozdzielania produktów. Spotkać je można także w gospodarstwach rolnych i w układach automatyki.

Elementy napędów liniowych

Prowadnice są istotnym elementem napędów liniowych. Zwykle składa się na nie szyna prowadząca wykonana z aluminium anodowanego, z pryzmatycznym układem prowadnic. Kolejnym elementem są nastawne plastikowe elementy ślizgowe, często ze zintegrowanymi hamulcami. W prowadnicach uwzględnia się złożony system uszczelnień z plastikowymi i filcowymi zgarniaczami, przeznaczonymi do usuwania zanieczyszczeń i smarowania prowadnic. W niektórych aplikacjach istnieje konieczność zastosowania wersji odpornych na korozję. W saniach prowadnicy instalowane są pryzmowe rolki, zazwyczaj z dwoma rzędami łożysk kulkowych.

Na rynku znaleźć można także prowadnice hartowane ze stalową szyną. Zazwyczaj posiadają one pokrywy wyposażone w wycieraczkę i smarowniczkę. Dostępna jest niemal każda długość skoku. Przy większych długościach skoku uwzględnia się podpory, które zapobiegają nadmiernemu ugięciu i wibracjom napędu liniowego.

Montaż napędu

W pierwszej kolejności należy zamontować płytę montażową, a następnie korpus urządzenia (np. łoże maszyny).

Przed rozpoczęciem montażu płyty należy przetrzeć ją niestrzępiącą się ściereczką, aby oczyścić podłoże ze wszelkich zanieczyszczeń. Śruby używane do montażu powinny mieć klasę wytrzymałościową co najmniej 8.8.

Montaż rozpoczynamy od zamocowania systemu prowadniczego wraz z wózkiem prowadniczym. Na tym etapie koniczne jest przestrzeganie tolerancji geometrii montażu, wskazanej przez producenta. Najczęściej wynosi ona 0,1-0,2 mm. Zachowanie tolerancji położenia jest niezbędne dla prawidłowego działania silnika.

Wózek prowadniczy należy ustawić na szynach prowadniczych w taki sposób, aby było możliwe położenie na nim płyty montażowej. Następnie obie części połączyć śrubami.

Do montażu łoża należy zastosować kołki walcowe. Konieczne jest przy tym zwrócenie uwagi na to, aby były mocno osadzone w otworach.

Pierwszą z części montujemy na końcu drogi przesunięcia. Jej orientacja jest dowolna, jednak taka sama, jak orientacja kolejnej części. W trakcie mocowania konieczne jest wykorzystanie wszystkich otworów montażowych. Następnie należy przesunąć korpus nad łożem sprawdzając, czy występuje swobodny ruch.

Do złożonego napędu montowany jest encoder, zgodnie z osobną instrukcją, dostarczoną przez producenta urządzenia.

Wyszukiwanie komutujące i parametryzacja

Podczas procesu uruchamianie powinna zostać ustalona jazda komutująca (nazywana również wyszukiwaniem komutującym). Jest to zależność pomiędzy encoderem, płytą montażową i łożem maszyny. Działanie to wykonywane jest w celu regulacji encodera lub po każdorazowym resecie napędu.

Do ustawienia parametrów silnika często stosowane są specjalne programy, dołączane do urządzenia przez jego producenta.

Konserwacja napędów liniowych

W wielu przypadkach konserwacja napędów liniowych ogranicza się do czyszczenia powierzchni urządzeń niestrzępiącą się ściereczką. Producenci zwracają również uwagę na konieczność stosowania jedynie oryginalnych części zamiennych.

Zdjęcia: www.unsplash.com

Źródło: Redakcja Automatyka Przemysłowa