Elektromekaniska bromsar för servomotorer gör maskiner säkrare, pålitligare och mer kontrollerbara. Peter Anderson förklarar dess användning.

Transkript

1 Ett kontrollerat stopp Elektromekaniska bromsar för servomotorer gör maskiner säkrare, pålitligare och mer kontrollerbara. Peter Anderson förklarar dess användning. Servomotorer, som är snabba, kraftfulla och mycket kontrollerbara, utgör en nödvändig del av många moderna maskinkonstruktioner. Men vad händer när strömmen stängs av? Utan ström som styr placeringen av motoraxeln tenderar den att röra sig efter de eventuella externa belastningar som förekommer för tillfället. Som bäst innebär detta att en nödavstängning eller ett oväntat strömavbrott kan leda till att maskineriet kommer ur synk. I värsta fall kan okontrollerad rörelse innebära en stor säkerhetsrisk. Som tur är har maskinkonstruktörer en enkel, kompakt och kostnadseffektiv lösning på problemet. Fjäderbelastade elektromagnetiska bromsar kan på ett säkert sätt stoppa en motor eller hålla den i ett visst läge utan behov av en extern strömkälla. Matrix, en del av företagsgruppen Altra power transmission, har konstruerat och levererat sådana bromsar under mer än 30 år. Servomotorbromsar är robusta och pålitliga. Integrationen av dem kräver dock försiktighet och full hänsyn måste tas till de specifika kraven för varje motorinstallation. En servomotor är en mycket dynamisk elektrisk höghastighetsmotor som normalt används med en hastighetsreduktionsväxellåda inom många industriella områden, som automatiska processer och materialhanteringssystem. Tyngdpunkten ligger ofta på en kort driftcykel med snabba accelerationer och inbromsningar. För att åstadkomma detta görs servomotorer så små som möjligt; normalt föredras en kompakt fyrkantsprofil före en kort enhet för att motorns tröghetsmoment ska bli så lågt som möjligt. För vissa tillämpningar används en kort servomotorenhet av "pannkakstyp". Den vanligaste och mest effektiva bromsen för de flesta servomotortillämpningar är den fjäderbelastade konstruktionen. De här bromsarna fungerar genom att fjädrar trycker på en friktionsplatta som sitter på motoraxeln. Under drift hindrar en likströmsspole bromsen från att aktiveras. Om strömmatningen avbryts aktiveras bromsen. Serien Matrix 1EB är ett exempel på den här bromstypen. Under de senaste tre decennierna har företaget tillverkat fler än 700 olika varianter av konstruktionen. Konstruktionshänsyn Vid val av en lämplig servomotorbroms måste konstruktören ta särskild hänsyn till driftförhållandena och tillämpningens krav. Den utvalda bromsen måste ha tillräckligt statiskt moment (fasthållningsmoment) för att hålla axeln i läge under alla driftförhållanden. Motorns orientering måste fastställas, speciellt om axeln inte är horisontell, eftersom detta kan påverka bromsens belastningar. Date: 01/09/2008 ALTRA06 page 1 / 5

2 Vid mycket dynamiska tillämpningar ska bromsnavet och friktionsplattan ha ett minsta tröghetsmoment, eftersom detta tillkommer till det som måste accelereras och bromsas av motorn, vilket ökar strömförbrukningen. Bromsen måste konstrueras så liten som möjligt för ett givet statiskt moment. Servomotorer har normalt en liten diameter och bromsdiametern måste vara mindre, medan bromsens hela längd hålls så liten som möjligt. Monteringen är också viktig att ta med i beräkningarna. Hur bromsens statiska delar monteras i motorn för att upprätthålla bromsens koncentricitet och vinkelräthet måste tas med i beräkningarna i konstruktionsstadiet. Hur ska bromsnavet sättas fast på motoraxeln, med tanke på momentöverföring och axiell placering? Normalt används en cylinder och kilspår, andra metoder inkluderar krympning, drivpinnbult, eller D-anslutning. Kan navkuggarna maskinbearbetas på motoraxeln om utrymmet är begränsat? Likaväl som mekaniska konstruktionskrav måste hänsyn tas till installationens elektriska aspekter. Kraften som absorberas av bromsspolen ska vara så liten som möjligt, eftersom bromsspolen är kontinuerligt strömsatt medan motorn används och genererar värme i ett begränsat utrymme med hög lufttemperatur (upp till 150 C). Hur bromsspolen ska lindas i motorn, samt längden och termineringen av eventuella anslutningstrådar måste specificeras. Det är nödvändigt att ta reda på om några regler gäller för det kablage och de kontakter som används. Bromsspolen kräver likström, vilket normalt åstadkoms med likriktning av växelströmmen som används för drivning av motorn. Motorkonstruktören måste se till att likströmmen som håller bromsen avaktiverad alltid finns tillgänglig för bromsspolen när motorn är igång. Detta är viktigt, eftersom en servomotors hastighet kan regleras genom att variera strömtillförseln. Även hastigheten på den elektriska responsen i bromsreglerkretsen måste tas med i beräkningen för att säkerställa att bromsen avaktiveras innan motorn börjar rotera. Motorkonstruktören måste beräkna denna timing i händelse av att motorn styr fallande belastningar, som hissar och kranar. Låg ljudnivå kan vara något som måste övervägas, t.ex. för användningar i medicinska sammanhang. Ljud som kan förekomma är "klicket" när växeln läggs i eller ur, eller skramlet från kuggarna i bromsens nav/friktionsplatta som kan uppstå om torsionsvibrationer eller drivlinepulsering förekommer i drivlinan. Matrix kan minimera dessa ljud på olika sätt. Vad kunden förväntar sig ska hända vid ett nödstopp, dvs. kraftförlust när motorn befinner sig i ett dynamiskt tillstånd, ska tas hänsyn till, eftersom de här bromsarna har en begränsad förmåga att absorbera energi. Om bromsen kan hantera energin i ett enstaka dynamiskt stopp måste det fastställas hur ofta stoppen förekommer, eftersom hänsyn måste tas till friktionsmaterialets slitage och livslängd. Kast Date: 01/09/2008 ALTRA06 page 2 / 5

3 I många säkerhetskritiska tillämpningar räcker det att bromsen kan stoppa motorn på ett kontrollerat sätt, eller hålla den på plats i händelse av strömavbrott. I vissa högprecisionstillämpningar däremot, där många olika servomotorer kan vara synkroniserade, krävs en exakt styrning av motoraxeln. Här måste konstruktören ta med i beräkningarna bromskonstruktionens inbyggda kastgrad. Fjäderbelastade bromsar har ett litet men påtagligt kast. I många fall, som i de fall motorn är kopplad till en växellåda som själv uppvisar kast, är kastnivån i bromsen lägre än i andra delar av systemet och den fjäderbelastade konstruktionen tillhandahåller tillräcklig precision. I vissa fall däremot, där det krävs en broms helt utan kast, behövs en helt annan konstruktion. Permanenta magnetbromsar (Matrix 4PMB-serien) erbjuder denna funktion. I den här konstruktionen genererar permanenta magneter bromskraften. Likström i spolen skapar en magnetisk kraft motsatt den från permanentmagneten och en lösgöringsfjäder kopplar ur bromsen. Krävande konstruktioner Matrix levererar komponenter till de ledande servomotortillverkarna i Europa och Amerika. Under 30-år har Matrix utvecklat lösningar för alla problem som förekommit vid specifika tillämpningar. En erfaren konstruktions- och utvecklingsgrupp utvecklar kontinuerligt produktserien 1EB och utvärderar nya och alternativa material. Konstruktörerna använder ett ändligt elementanalyspaket för att optimera den magnetiska vägen i bromsarna för att maximera momentet och minimera strömförbrukningen samtidigt som kostnaden hålls så låg som möjligt. Matrix kvalitetssystem är certifierade enligt ISO 9001, vilket garanterar att konstruktion, utveckling, tillverkningen och underhåll av produkterna håller högsta standard. Matrix håller för närvarande på att uppnå miljöstandarden ISO 14001, för att minimera sina koldioxidutsläpp och bli en "grön" miljövänlig tillverkare. Servomotormarknaden är mycket kostnadsmedveten. Matrix har förfinat tillverkningen och distributionskedjan för att maximera kostnadseffektiviteten, samtidigt som de levererar en produkt som uppfyller kundernas tillämpningsbehov. Att vara en del av Altra har hjälpt den här utvecklingen betydligt och gjort företaget till en mycket större spelare på världsmarknaden för kraftöverföring, med åtkomst till leverantörer och tillverkningsresurser över hela världen. Om Altra Industrial Motion Inc. Date: 01/09/2008 ALTRA06 page 3 / 5

4 Altra Industrial Motion, Inc är en ledande multinationell konstruktör, tillverkare och marknadsförare av mekaniska kraftöverföringsprodukter. Företaget sammanför starka märken med fler än 40 produktserier med tillverkningsanläggningar i nio länder och försäljning i fler än 70 länder. Altras ledande märken inkluderar Warner Electric, Matrix International Wichita Clutch, Stieber Clutch, Twiflex Limited, Bibby Transmissions, Huco Dynatork, TB Wood's, Formsprag Clutch, Ameridrives Couplings, Industrial Clutch, Boston Gear, Marland Clutch, Nuttall Gear, Inertia Dynamics, Warner Linear och Kilian Manufacturing. Altra Holdings, Inc. (Nasdaq: AIMC), en ledande global leverantör av kopplingsbromsar, kopplingar, växlar, bältdrivenheter, linjära manöverdon och kraftöverföringskomponenter, Ends För läsarfrågor, kontakta: Peter Anderson, Matrix International, East Mill Road, Brechin, Angus, DD9 7EP, UK. Tel: +44 (0) , Fax: +44 (0) , Peter.Anderson@matrixinternational.com, Website: För redaktionella frågor, kontakta: Brett Davies, DMA Europa Ltd, 2nd Floor Snuff Mill Warehouse, Park Lane, Bewdley, Worcs. DY12 2EL. Tel: +44 (0) admin@dmaeuropa.com Ladda ner text från Date: 01/09/2008 ALTRA06 page 4 / 5

5 Date: 01/09/2008 ALTRA06 page 5 / 5