ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦИЛИНДРЫ ELION

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.

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.

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.

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

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.

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 RS485. 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:

Дополнительная информация о цилиндрах ELION, брошюра и документация, конфигуратор, позволяющий правильно выбрать цилиндр, сервомотор и систему управления со всеми необходимыми компонентами,  приведена нашем сайте по адресу: https://www.imi-precision.com/uk/en/list/electric-actuators.

До конца этого года в качестве следующего этапа увеличения номенклатуры поставки современного оборудования IMI Norgren планирует начать производство электрических цилиндров с кареткой, аналогичных пневматическим  бесштоковым цилиндрам LINTRA, с максимальным диаметром до 100 мм и с максимальной величиной хода до 5000 мм.

Игорь Владимирович Воронежцев,

Технический директор IMI Precision Engineering