Jak wybrać zintegrowany serwosilnik krokowy do czterokierunkowych wózków paletowych?

Czterokierunkowe wózki paletowe stają się ważnym rozwiązaniem automatyzacyjnym dla magazynów, które wymagają składowania o dużej gęstości, elastycznego przemieszczania palet i niezawodnej zautomatyzowanej obsługi . W przeciwieństwie do konwencjonalnych wózków paletowych, które poruszają się głównie po stałej szynie, czterokierunkowy wózek wahadłowy może poruszać się zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i poprzecznym. Dzięki temu jeden pojazd może obsługiwać wiele pasów magazynowych i sprawia, że ​​układ magazynu jest bardziej elastyczny.

Układ silnika odgrywa kluczową rolę w tej architekturze. Odpowiedni zintegrowany serwosilnik krokowy , znany również jako zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą , może łączyć silnik, sterownik, enkoder i elektronikę sterującą w kompaktową jednostkę ruchu. W przypadku producentów czterokierunkowych wózków paletowych ta integracja może uprościć okablowanie, zmniejszyć przestrzeń w szafie, poprawić wydajność pozycjonowania i ułatwić dostosowywanie systemu napędowego.

Jednak wyboru silnika nie należy rozpoczynać od samego rozmiaru ramy silnika lub momentu znamionowego. Musimy wziąć pod uwagę pełny cykl operacyjny wahadłowca, w tym masę palety, przyspieszenie, średnicę koła, prędkość jazdy, stan toru, dokładność pozycjonowania, cykl pracy, napięcie akumulatora, metodę komunikacji i wydajność cieplną.

Co to jest czterokierunkowy transport palet?

Czterokierunkowy wózek paletowy to zautomatyzowany pojazd do przechowywania i pobierania zaprojektowany do przemieszczania palet w systemach magazynowania o dużej gęstości. Jego cechą charakterystyczną jest zdolność poruszania się w czterech kierunkach : do przodu, do tyłu, w lewo i w prawo.

Typowy system obejmuje:

• Regały do ​​przechowywania palet

• Pojazdy wahadłowe czterokierunkowe

• Mechanizmy podnoszące lub przenoszące

• Silniki napędowe

• Elektronika sterująca

• Enkodery i czujniki

• Układ akumulatorowy

• Oprogramowanie do zarządzania magazynem lub kontroli magazynu

Pojazd zwykle porusza się po szynach zamontowanych wewnątrz konstrukcji regału. Po osiągnięciu pozycji transferu dodatkowy mechanizm jezdny umożliwia mu zmianę kierunku i wejście do innego korytarza.

Taka konfiguracja zapewnia główną zaletę: jeden wahadłowiec może potencjalnie uzyskać dostęp do wielu lokalizacji magazynowych bez konieczności posiadania dedykowanego pojazdu na każdym pasie.

Dla operatorów magazynów rezultatem może być większa gęstość składowania i lepsze wykorzystanie dostępnej powierzchni.

Jednak dla producentów sprzętu ruch czterokierunkowy wprowadza dodatkowe wymagania dotyczące układu ruchu. Silniki napędowe muszą działać niezawodnie w różnych kierunkach, zachowując przewidywalną prędkość, moment obrotowy i pozycjonowanie.

Dlaczego dobór silnika ma znaczenie przy projektowaniu czterokierunkowego wahadłowca

Silnik napędowy nie jest jedynie odpowiedzialny za poruszanie się wahadłowca.

Wpływa bezpośrednio na:

• Wydajność początkowa

• Prędkość podróży

• Dokładność pozycjonowania

• Reakcja na zmianę kierunku

• Stabilność obsługi palet

• Zużycie baterii

• Hałas i wibracje

• Wydajność cieplna

• Wymagania konserwacyjne

• Całkowita wielkość pojazdu

Silnik, który wygląda na odpowiedni w oparciu o moment znamionowy, może nadal działać słabo, jeśli zastosowanie wymaga częstego uruchamiania, zatrzymywania, przyspieszania, zwalniania, cofania lub pokonywania małych przejść mechanicznych.

Czterokierunkowe wózki paletowe zazwyczaj działają w powtarzalnych cyklach. Pojazd przyspiesza, jedzie, zwalnia, zatrzymuje się w określonym miejscu, wykonuje operację przenoszenia palety, a następnie zmienia kierunek lub wraca. Oznacza to, że silnik doświadcza stale zmieniającego się obciążenia, a nie zwykłego warunku stałej prędkości.

Z tego powodu zalecamy wybór silnika w oparciu o pełny profil ruchu , a nie moc znamionową jako jedyne kryterium wyboru.

Co to jest zintegrowany serwosilnik krokowy?

Zintegrowany serwosilnik krokowy łączy kilka elementów sterowania ruchem w jeden zespół.

Konwencjonalny system ruchu może wymagać:

Silnik krokowy + sterownik zewnętrzny + enkoder + okablowanie + interfejs sterownika

Zintegrowany system krokowy z zamkniętą pętlą może łączyć silnik, sterownik i enkoder w jednym kompaktowym urządzeniu.

Enkoder w sposób ciągły przekazuje informację zwrotną o położeniu wirnika. Zintegrowany sterownik wykorzystuje te informacje do monitorowania ruchu silnika i prawidłowego pozycjonowania.

Tworzy to praktyczny środek pomiędzy konwencjonalnymi systemami krokowymi z otwartą pętlą a bardziej złożonymi architekturami serwo.

W przypadku czterokierunkowych wózków paletowych taka architektura jest atrakcyjna, ponieważ pojazd ma ograniczoną przestrzeń instalacyjną i wymaga wielu skoordynowanych funkcji ruchu.

Jkongmotor Dostosowane ruchy serwomotoru

Kompleksowy dostawca zintegrowanych rozwiązań w zakresie serwomotorów prądu stałego

Typy zintegrowanych serwosilników krokowych

Zintegrowany serwosilnik krokowy łączy silnik i elektronikę sterowania ruchem w kompaktowy zespół. W zależności od konstrukcji mechanicznej i wymagań dotyczących sterowania, tę rodzinę produktów można skonfigurować z enkoderem, sterownikiem, przekładnią, śrubą liniową lub obudową ochronną.

W porównaniu z konwencjonalnym silnikiem krokowym, który wykorzystuje oddzielny sterownik zewnętrzny, zintegrowana konstrukcja może uprościć okablowanie systemu, zmniejszyć przestrzeń instalacyjną i ułatwić integrację maszyny. Wersje z zamkniętą pętlą wykorzystują również sprzężenie zwrotne do monitorowania położenia silnika i poprawy niezawodności ruchu.

1. Zintegrowany serwosilnik krokowy

Zintegrowany serwomotor krokowy to podstawowa konfiguracja w tej rodzinie produktów. Łączy w sobie silnik krokowy z wewnętrznym sterownikiem i systemem sprzężenia zwrotnego opartym na enkoderze.

Silnik może odbierać polecenia ruchu, podczas gdy zintegrowana elektronika zarządza prądem, prędkością i położeniem. Sprzężenie zwrotne w zamkniętej pętli pomaga systemowi wykryć odchylenie położenia spowodowane zmianami obciążenia lub warunkami pracy.

Główna charakterystyka

• Silnik krokowy ze zintegrowaną elektroniką napędu

• Sprzężenie zwrotne enkodera do pracy w pętli zamkniętej

• Dokładne i powtarzalne pozycjonowanie

• Kompaktowa konstrukcja sterowania silnikiem

• Zredukowane okablowanie zewnętrzne

• Wiele opcji sterowania i komunikacji

• Nadaje się do wieloosiowych systemów ruchu

Konfiguracja ta jest powszechnie brana pod uwagę, gdy maszyna wymaga większych możliwości sprzężenia zwrotnego i sterowania niż system krokowy z otwartą pętlą, przy jednoczesnym zachowaniu prostoty konstrukcyjnej silnika krokowego.

2. Zintegrowany silnik krokowy z przekładnią

Zintegrowany motoreduktor krokowy dodaje skrzynię biegów do silnika i zintegrowany zespół napędowy. Redukcja biegów zmienia zależność między prędkością silnika a wyjściowym momentem obrotowym, umożliwiając systemowi obsługę zastosowań wymagających większej siły mechanicznej przy niższej prędkości wyjściowej.

Przekładnie planetarne to popularna konfiguracja, w której ważne są kompaktowe wymiary, przenoszenie momentu obrotowego i sprawność mechaniczna.

Główna charakterystyka

• Silnik, sterownik i skrzynia biegów zintegrowane w jednym zespole

• Wyższy wyjściowy moment obrotowy dzięki redukcji biegów

• Niższa prędkość wyjściowa

• Kompaktowy układ przekładni

• Dostępne różne przełożenia dla różnych obciążeń

• Nadaje się do zastosowań z ograniczoną przestrzenią instalacyjną

Konfiguracja z przekładnią jest przydatna, gdy standardowy silnik krokowy nie zapewnia wymaganego wyjściowego momentu obrotowego lub gdy maszyna wymaga wolniejszego, kontrolowanego ruchu.

3. Zintegrowany silnik krokowy z przekładnią ślimakową

The Zintegrowany silnik krokowy z przekładnią ślimakową łączy silnik krokowy i zintegrowany napęd z przekładnią ślimakową.

Przekładnia ślimakowa zapewnia znaczną redukcję prędkości w ramach stosunkowo kompaktowego układu mechanicznego. Konfiguracja wyjścia pod kątem prostym może również uprościć integrację mechaniczną, gdy silnik i mechanizm napędzany muszą być ustawione prostopadle do siebie.

Główna charakterystyka

• Możliwość dużej redukcji prędkości

• Zwiększony wyjściowy moment obrotowy

• Struktura przekładni pod kątem prostym

• Kompaktowy układ mechaniczny

• Nadaje się do ruchu z małą prędkością

• Może zapewnić charakterystykę trzymania w zależności od konstrukcji skrzyni biegów

Konfiguracje z przekładnią ślimakową można rozważyć w przypadku mechanizmów pozycjonowania, podnoszenia, regulacji i przenoszenia materiałów, gdzie ważna jest redukcja i mechaniczne zachowanie trzymania.

4. Zintegrowany serwosilnik krokowy z przekładnią ślimakową

Zintegrowany serwomotor krokowy z przekładnią ślimakową łączy w sobie trzy elementy funkcjonalne: silnik krokowy, przekładnię ślimakową i sterowanie w pętli zamkniętej.

Enkoder dostarcza informację zwrotną o położeniu do zintegrowanej elektroniki sterującej. Tymczasem przekładnia ślimakowa zapewnia mechaniczną redukcję między silnikiem a wałem wyjściowym.

Ta kombinacja została zaprojektowana dla systemów, które wymagają zarówno wysokiego momentu redukcyjnego, jak i pozycjonowania sterowanego sprzężeniem zwrotnym.

Główna charakterystyka

• Działanie serwa krokowego w zamkniętej pętli

• Zintegrowana przekładnia ślimakowa

• Sygnał zwrotny położenia oparty na enkoderze

• Opcje wysokiego współczynnika redukcji

• Zwiększony wyjściowy moment obrotowy

• Kompaktowy pakiet silnika i przekładni

• Zredukowane okablowanie systemu sterowania

Rzeczywista zdolność samoblokowania przekładni ślimakowej zależy od takich czynników, jak geometria przekładni, przełożenie redukcyjne, obciążenie, smarowanie i warunki pracy, dlatego należy ją potwierdzić dla konkretnego zastosowania, a nie zakładać wyłącznie na podstawie typu przekładni.

5. Zintegrowany wodoodporny serwosilnik krokowy

The Zintegrowany wodoodporny serwosilnik krokowy został opracowany dla urządzeń pracujących w środowiskach, w których wilgoć, kurz, rozpryski wody lub inne zanieczyszczenia zewnętrzne mogą wpływać na konwencjonalne zespoły silnika.

Silnik, elementy sprzężenia zwrotnego i elektronika napędu są zamknięte w chronionej konstrukcji. Należy wybrać odpowiedni stopień ochrony IP w zależności od rzeczywistego narażenia środowiska na sprzęt.

Główna charakterystyka

• Zintegrowana architektura serwa krokowego

• Zamknięty silnik i komponenty elektroniczne

• Informacje zwrotne od kodera

• Zredukowane okablowanie zewnętrzne

• Opcje ochrony dla wymagających środowisk

• Nadaje się do sprzętu narażonego na wilgoć lub kurz

Konfiguracja ta może być użyteczna w maszynach do przetwarzania żywności, automatyce zewnętrznej, sprzęcie mobilnym, maszynach rolniczych i innych systemach, w których ochrona środowiska jest częścią specyfikacji silnika.

6. Zintegrowany liniowy serwosilnik krokowy

Zintegrowany liniowy serwosilnik krokowy został zaprojektowany tak, aby wytwarzać kontrolowany ruch liniowy, a nie polegać wyłącznie na wyjściu wału obrotowego.

Mechanizm śrubowy przekształca obrót silnika w przemieszczenie liniowe, podczas gdy zintegrowany enkoder i elektronika sterująca zapewniają informację zwrotną dotyczącą pozycjonowania.

W zależności od konstrukcji maszyny można wybrać różne konstrukcje śrub, aby uzyskać wymagany skok, prędkość, nośność i wydajność pozycjonowania.

Główna charakterystyka

• Zintegrowany silnik i napęd

• Informacje zwrotne oparte na koderze

• Bezpośrednie pozycjonowanie liniowe

• Kompaktowa konfiguracja siłownika

• Powtarzalny ruch liniowy

• Do wyboru śruba pociągowa lub kulowa

• Konfigurowalny skok i interfejs mechaniczny

Konstrukcja ta jest szczególnie odpowiednia dla urządzeń wymagających kontrolowanego ruchu liniowego bez konieczności budowania oddzielnej kombinacji silnik-sterownik-siłownik.

7. Zintegrowany silnik krokowy o ruchu liniowym

Zintegrowany silnik krokowy o ruchu liniowym stanowi pełniejszy zespół ruchu liniowego. Zamiast dostarczać sam silnik, produkt może zintegrować silnik z mechanizmem śrubowym, konstrukcją prowadzącą, wózkiem lub innymi elementami mechanicznymi.

Rezultatem jest gotowy do zintegrowania moduł ruchu liniowego, który może zmniejszyć liczbę poszczególnych komponentów wymaganych podczas montażu maszyny.

Główna charakterystyka

• Zintegrowana struktura siłownika liniowego

• Zmotoryzowany ruch napędzany śrubą

• Kompaktowa konstrukcja mechaniczna

• Powtarzalne pozycjonowanie

• Opcjonalne prowadnice liniowe i konstrukcje wózków

• Elastyczne konfiguracje skoku i montażu

• Nadaje się do automatycznego pozycjonowania liniowego

Tego typu rozwiązania doskonale sprawdzają się w kompaktowych modułach automatyki, sprzęcie laboratoryjnym, maszynach kontrolnych, sprzęcie półprzewodnikowym, systemach CNC i mechanizmach robotycznych.

Porównanie różnych zintegrowanych silników krokowych

Główną różnicą między tymi konfiguracjami są wymagania dotyczące ruchu, które mają spełniać.

Kluczowe funkcje wymagane w przypadku silników do czterokierunkowego transportu palet

Nie każdy zintegrowany silnik krokowy nadaje się do zastosowań wahadłowych w magazynach. Zwykle przed wybraniem ostatecznej konfiguracji oceniamy kilka funkcji.

1. Sprzężenie zwrotne pozycji w pętli zamkniętej

Informacja zwrotna na temat pozycji jest jednym z najważniejszych wymagań.

Silnik krokowy z otwartą pętlą zakłada, że ​​zadany ruch został wykonany. W przypadku przeciążenia, nadmiernego przyspieszenia, oporu mechanicznego lub innych nietypowych warunków silnik może utracić synchronizację.

Silnik krokowy z zamkniętą pętlą wykorzystuje enkoder do monitorowania rzeczywistego ruchu wirnika.

Pozwala to systemowi wykrywać błędy ruchu i poprawiać niezawodność pozycjonowania.

W przypadku czterokierunkowego transportu wahadłowego jest to szczególnie przydatne, gdy pojazd musi zatrzymywać się w powtarzalnych pozycjach regałów w celu:

• Załadunek palet

• Rozładunek palet

• Transfer pasa

• Wyrównanie pozycji

• Zaangażowanie podnoszenia

• Zmiany kierunku

2. Wystarczający moment rozruchowy

Moment rozruchowy jest często ważniejszy niż samo patrzenie na ciągły moment znamionowy silnika.

Załadowany wózek paletowy musi pokonać:

• Masa pojazdu

• Ładunek paletowy

• Opór toczenia

• Straty w skrzyni biegów

• Opór szyny

• Tarcie koła o szynę

• Siła przyspieszenia

Jeżeli wózek porusza się po niewielkim nachyleniu lub napotyka dodatkowy opór mechaniczny, wymagany moment rozruchowy może znacznie wzrosnąć.

Dlatego przed wyborem silnika zalecamy obliczenie wymaganego momentu obrotowego koła.

Uproszczona zależność to:

F = ma + Fᵣ + Fg

Gdzie:

• F = wymagana siła uciągu

• m = całkowita masa ruchoma

• a = przyspieszenie

• Fᵣ = opór toczenia i mechaniczny

• Fg = opór grawitacyjny, jeśli ma to zastosowanie

Moment obrotowy koła można następnie oszacować na podstawie:

T = F × r

gdzie r jest efektywnym promieniem koła.

Wyjściowy moment obrotowy silnika musi następnie uwzględniać przełożenie skrzyni biegów i wydajność przekładni.

3. Kontrolowane przyspieszanie i zwalnianie

Wózek paletowy nie powinien agresywnie przyspieszać ani zatrzymywać się bez uwzględnienia ładunku.

Nagłe przyspieszenie może spowodować:

• Ruch palet

• Wstrząs mechaniczny

• Poślizg koła

• Zwiększone naprężenia strukturalne

• Wyższe zapotrzebowanie na prąd

Odpowiedni zintegrowany układ serwo krokowego powinien zatem obsługiwać kontrolowane profile przyspieszania i zwalniania.

Płynny ruch jest szczególnie ważny podczas transportu delikatnych lub niestabilnych ładunków.

4. Niezawodne odwrócenie kierunku

Czółenka wahadłowe często zmieniają kierunek podróży.

Układ silnika musi obsługiwać powtarzające się polecenia jazdy do przodu/do tyłu bez nadmiernych wibracji i błędów pozycjonowania.

Serwo krokowe z zamkniętą pętlą zapewnia informację zwrotną, która pomaga systemowi sterującemu sprawdzić, czy silnik wykonał zadany ruch.

Jest to jeden z powodów, dla których wielu twórców sprzętu rozważa zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą do kompaktowych pojazdów zautomatyzowanych.

Dlaczego wielu klientów wybiera zintegrowane silniki krokowe z zamkniętą pętlą?

W przypadku czterokierunkowych systemów transportu palet klienci zazwyczaj szukają czegoś więcej niż tylko silnika, który może po prostu poruszać pojazdem. Układ napędowy musi zapewniać stabilny moment obrotowy, dokładny ruch, niezawodne sprzężenie zwrotne, kompaktową instalację i prostą integrację ze sterownikiem wahadłowym.

Właśnie dlatego zintegrowane silniki krokowe z zamkniętą pętlą stały się atrakcyjną opcją w wielu zastosowaniach zautomatyzowanego transportu materiałów. Łącząc silnik krokowy, sterownik i enkoder w jedną jednostkę, można uprościć układ napędowy, zapewniając jednocześnie możliwość sprzężenia zwrotnego wymaganą w przypadku powtarzalnych ruchów wahadłowych.

Kompaktowa i oszczędzająca miejsce konstrukcja

Czterokierunkowy transport paletowy ma bardzo ograniczoną przestrzeń instalacyjną. Silnik napędowy, skrzynia biegów, akumulator, sterownik, czujniki i elementy mechaniczne muszą zmieścić się we stosunkowo kompaktowym podwoziu pojazdu.

Zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą łączy silnik i sterownik w jeden zespół, co zmniejsza potrzebę stosowania oddzielnych miejsc montażu sterownika. Może to dać projektantom sprzętu większą swobodę przy rozmieszczaniu komponentów wewnętrznych.

W przypadku kompaktowych robotów magazynowych może to przełożyć się na czystszy układ mechaniczny i łatwiejszą integrację.

Uproszczone okablowanie silnika

Tradycyjne systemy krokowe zwykle wymagają oddzielnych połączeń pomiędzy silnikiem, sterownikiem, enkoderem i sterownikiem. Wraz ze wzrostem liczby osi ruchu okablowanie może szybko stać się skomplikowane.

W przypadku zintegrowanego silnika większość elektroniki napędu jest wbudowana w zespół silnika. Może to zmniejszyć wymagania dotyczące prowadzenia kabli i uprościć montaż.

W przypadku sprzętu mobilnego, takiego jak promy czterokierunkowe, mniejsza liczba połączeń zewnętrznych może również ułatwić konserwację i rozwiązywanie problemów.

Sprzężenie zwrotne pozycji w pętli zamkniętej

Jedną z największych różnic między silnikiem krokowym z otwartą pętlą a silnikiem krokowym z zamkniętą pętlą jest enkoder.

Zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą wykorzystuje sprzężenie zwrotne enkodera do monitorowania rzeczywistego ruchu silnika. System sterowania może porównać zadaną pozycję z rzeczywistą reakcją silnika i zidentyfikować odchylenia ruchu.

Jest to przydatne, gdy wózek paletowy musi wielokrotnie zatrzymywać się w określonych miejscach w celu:

• Załadunek i rozładunek palet

• Pozycjonowanie stojaka

• Transfer pasa

• Zaangażowanie podnoszenia

• Ruch do przodu i do tyłu

• Ustawianie pojazdu

W przypadku automatyzacji magazynu powtarzalne pozycjonowanie może być tak samo ważne jak pierwotny moment obrotowy silnika.

Dobry moment obrotowy przy niskiej prędkości

Silniki krokowe znane są z zapewniania użytecznego momentu obrotowego przy niskich i umiarkowanych prędkościach. Ta cecha może być korzystna w zastosowaniach związanych z transportem palet, ponieważ pojazd często rusza z pozycji stacjonarnej ze znacznym ładunkiem.

Odpowiednio dobrany zintegrowany serwomotor krokowy może zapewnić moment obrotowy niezbędny do kontrolowanego rozruchu, przyspieszania, zwalniania i pozycjonowania bez konieczności stosowania niepotrzebnie dużego silnika.

Rzeczywisty silnik należy nadal dobierać na podstawie całkowitej masy pojazdu, masy palety, średnicy koła, przełożenia skrzyni biegów, przyspieszenia i cyklu pracy.

Niezawodne działanie Start-Stop

Czterokierunkowe wózki paletowe rzadko działają przy jednej stałej prędkości przez dłuższy czas. Ich profil ruchu zwykle składa się z przyspieszania, jazdy ze stałą prędkością, zwalniania, zatrzymywania i ponownego uruchamiania.

Ten powtarzalny cykl start-stop stawia inne wymagania układowi napędowemu niż ciągła praca przenośnika.

Sprzężenie zwrotne w zamkniętej pętli może pomóc układowi silnika reagować na zmieniające się warunki pracy i wykrywać odchylenia spowodowane nadmiernym obciążeniem, oporem mechanicznym lub innymi nietypowymi warunkami.

Mniejsza złożoność systemu

Zintegrowany silnik niekoniecznie eliminuje wszystkie komponenty zewnętrzne, ale może zmniejszyć liczbę oddzielnych komponentów sterowania ruchem wymaganych wokół każdego silnika.

Zamiast projektować system wokół:

Silnik + sterownik zewnętrzny + enkoder + wiele połączeń

projektant sprzętu może zastosować zintegrowany moduł ruchu zawierający:

Silnik + sterownik + enkoder

Może to ułatwić standaryzację całego systemu, zwłaszcza gdy używanych jest kilka podobnych osi napędowych.

Elastyczne opcje komunikacji

Nowoczesne zintegrowane serwosilniki krokowe można skonfigurować pod kątem różnych architektur sterowania, w zależności od zastosowania.

Typowe opcje obejmują impuls/kierunek, RS485, Modbus, CANopen i EtherCAT.

W przypadku stosunkowo prostej osi ruchu wystarczające może być sterowanie impulsowe. W przypadku połączonego w sieć robota magazynowego z wieloma skoordynowanymi osiami magistrala polowa, taka jak CANopen lub EtherCAT, może zapewnić bardziej scentralizowaną komunikację i kontrolę.

Odpowiedni interfejs powinien zawsze pasować do głównego kontrolera wahadłowca i architektury oprogramowania.

Nadaje się do niestandardowych projektów wahadłowców

Czterokierunkowe wózki paletowe są często projektowane z myślą o konkretnych wymaganiach magazynu. Wymiary pojazdu, ładowność, konfiguracja kół, napięcie akumulatora, skrzynia biegów, system komunikacji i przestrzeń montażowa mogą się różnić.

W rezultacie standardowe specyfikacje katalogowe nie zawsze zapewniają najlepsze dopasowanie.

Zintegrowany serwomotor krokowy można dostosować za pomocą różnych momentów obrotowych silnika, napięcia, enkodera, skrzyni biegów, wału wyjściowego, kabla, złącza, interfejsu komunikacyjnego i konfiguracji montażu.

To sprawia, że ​​dostosowywanie OEM jest szczególnie przydatne dla producentów wózków paletowych opracowujących dedykowaną platformę pojazdową.

Praktyczna równowaga między wydajnością a integracją

W przypadku wielu kompaktowych, zautomatyzowanych pojazdów decyzja nie należy po prostu pomiędzy konwencjonalnym silnikiem krokowym a wysokowydajnym serwomechanizmem AC.

Zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą może zapewnić praktyczne połączenie charakterystyki momentu obrotowego krokowego, sprzężenia zwrotnego enkodera, zintegrowanej elektroniki, zwartej konstrukcji i elastycznego sterowania.

W przypadku zastosowań z czterokierunkowym transportem palet, gdzie wymagana prędkość i wydajność dynamiczna mieszczą się w zakresie roboczym silnika, takie połączenie może uprościć układ napędowy, zachowując jednocześnie sprzężenie zwrotne ruchu potrzebne do niezawodnej, zautomatyzowanej pracy.

Ostateczny wybór powinien nadal opierać się na całym zastosowaniu, a nie na samym typie silnika. ładowność, przyspieszenie, prędkość jazdy, średnicę koła, sprawność skrzyni biegów, cykl pracy, napięcie akumulatora, warunki termiczne i wymagania dotyczące pozycjonowania . Przed wyborem silnika należy ocenić

Jak wybrać właściwy zintegrowany serwosilnik krokowy

1. Zacznij od całkowitego obciążenia pojazdu

Pierwszym parametrem powinna być całkowita poruszająca się masa.

Nie obliczaj tylko masy palety.

Powinniśmy rozważyć:

Masa pojazdu + masa palety + maksymalna waga towaru

Jeśli pojazd waży 250 kg, a maksymalne obciążenie palety wynosi 1000 kg, układ napędowy musi przesunąć około 1250 kg, zanim uwzględni się inne czynniki dynamiczne.

Przy doborze silnika należy brać pod uwagę maksymalne warunki pracy.

2. Oblicz wymagany moment obrotowy

Moment obrotowy silnika należy obliczyć na podstawie rzeczywistych wymagań koła.

Podstawowy proces to:

Masa całkowita → wymagana siła uciągu → moment obrotowy kół → wyjściowy moment obrotowy skrzyni biegów → moment obrotowy silnika

Takie podejście jest bardziej niezawodne niż wybór silnika po prostu dlatego, że jego katalogowy moment obrotowy wydaje się bliski oczekiwanemu obciążeniu.

3. Sprawdź wymaganą prędkość jazdy

Prędkość silnika zależy od:

• Średnica koła

• Żądana prędkość pojazdu

• Przełożenie redukcji biegów

Przybliżona zależność to:

Prędkość pojazdu = obwód koła × prędkość obrotowa koła

Jeśli używana jest skrzynia biegów, prędkość silnika należy obliczyć zgodnie z wybranym przełożeniem skrzyni biegów.

Wysokoobrotowy silnik w połączeniu z odpowiednią skrzynią biegów może zapewnić praktyczną równowagę pomiędzy prędkością a momentem obrotowym kół.

4. Oceń wymagania dotyczące przyspieszenia

Dwa wózki wahadłowe przewożące tę samą masę palety mogą wymagać zupełnie różnych silników, jeśli ich docelowe przyspieszenia są różne.

Wózek wahadłowy przeznaczony do pracy w magazynie o dużej przepustowości może uruchamiać się i zatrzymywać wiele razy na minutę.

Dlatego musimy ocenić:

• Docelowe przyspieszenie

• Docelowe spowolnienie

• Częstotliwość cykli

• Maksymalna prędkość

• Częstotliwość zatrzymania

• Częstotliwość zmiany kierunku

5. Weź pod uwagę napięcie akumulatora

Napięcie akumulatora ma bezpośredni wpływ na architekturę elektryczną.

Typowe mobilne systemy automatyki mogą wykorzystywać napięcie 24 VDC, 36 VDC lub 48 VDC , w zależności od wielkości pojazdu i wymagań dotyczących zasilania.

Silnik zaprojektowany dla określonego napięcia szyny DC powinien być dopasowany do baterii wahadłowej i architektury sterownika.

W przypadku systemów mobilnych o większej mocy wyższe napięcie prądu stałego może pomóc w zmniejszeniu prądu przy tym samym poziomie mocy, co może uprościć konstrukcję okablowania i układu elektrycznego.

6. Wybierz odpowiedni interfejs komunikacyjny

Nowoczesne czterokierunkowe wózki paletowe często wymagają komunikacji pomiędzy układem silnikowym a sterownikiem pojazdu.

W zależności od architektury zintegrowany silnik może wymagać interfejsów takich jak:

• Impuls/kierunek

• RS485

• Modbus RTU

• CANopen

• EtherCAT

Właściwy interfejs zależy od sterownika pojazdu i wymaganej architektury sterowania ruchem.

W przypadku prostej osi wystarczające może być sterowanie impulsowe.

W przypadku połączonego w sieć systemu wieloosiowego CANopen lub EtherCAT może zapewnić bardziej zintegrowaną architekturę komunikacyjną.

Wybór enkodera do zastosowań z czterokierunkowym wahadłem

Na szczególną uwagę zasługuje dobór enkodera.

Podstawowy enkoder inkrementalny może przekazywać informację zwrotną o położeniu silnika, natomiast enkoder absolutny może dostarczać informacje o położeniu bez konieczności rekonstrukcji położenia tego samego typu po przerwie w zasilaniu.

W przypadku mobilnych urządzeń automatyki przy wyborze enkodera należy wziąć pod uwagę:

• Dokładność pozycji

• Rezolucja

• Zachowanie startowe

• Kompatybilność kontrolera

• Warunki wyłączenia akumulatora

• Wymagania dotyczące domu

• Protokół komunikacyjny

W zastosowaniach, w których ważne jest odtworzenie pozycji, opcje enkodera absolutnego mogą zapewnić dodatkową elastyczność na poziomie systemu.

Wydajność cieplną można łatwo przeoczyć

Silnik może zapewnić wystarczający szczytowy moment obrotowy i nadal nie nadawać się do pracy ciągłej, jeśli parametry cieplne są niewystarczające.

Do najważniejszych pytań należą:

• Jak długo prom działa nieprzerwanie?

• Jak często przyspiesza?

• Jak często się zatrzymuje?

• Jakie jest średnie obciążenie silnika?

• Jakie jest obciążenie szczytowe?

• Jaka jest temperatura otoczenia?

• Czy silnik jest zainstalowany w zamkniętej obudowie?

• Czy jest wystarczający przepływ powietrza?

Zintegrowany silnik zainstalowany w kompaktowej obudowie wahadłowej może wykazywać mniejsze naturalne rozpraszanie ciepła niż silnik zainstalowany w otwartej maszynie przemysłowej.

Dlatego też ciągły moment obrotowy i wydajność cieplną należy oceniać równolegle z momentem szczytowym.

Wybór przekładni do silników wózków paletowych

W wielu zastosowaniach z czterokierunkowym wahadłem silnik jest połączony ze skrzynią biegów.

Skrzynia biegów może zwiększyć wyjściowy moment obrotowy, jednocześnie zmniejszając prędkość koła.

Typowe rozważania obejmują:

• Przełożenie skrzyni biegów

• Wyjściowy moment obrotowy

• Sprawność mechaniczna

• Reakcja

• Żywotność

• Konfiguracja wału

• Wymiary montażowe

• Nośność promieniowa

Mały luz jest szczególnie przydatny, gdy wymagane jest dokładne pozycjonowanie i powtarzalne zatrzymanie.

Skrzynię biegów należy także wybrać w zależności od rzeczywistego obciążenia koła i konstrukcji przekładni mechanicznej, a nie samego momentu obrotowego silnika.

Zintegrowane serwo krokowe a tradycyjny silnik krokowy z otwartą pętlą

Główną różnicą jest informacja zwrotna.

W przypadku czterokierunkowego wózka paletowego działanie w pętli zamkniętej może być szczególnie przydatne, ponieważ oczekuje się, że pojazd będzie wykonywał powtarzalne zmiany pozycjonowania i kierunku.

Typowe błędy przy wyborze silnika wahadłowego

Wybór wyłącznie na podstawie momentu znamionowego

Moment znamionowy nie opisuje pełnych wymagań dynamicznych.

Należy również wziąć pod uwagę przyspieszenie, wydajność skrzyni biegów, promień koła, rozkład obciążenia i cykl pracy.

Ignorowanie obciążenia szczytowego

Silnik pracujący z pustym transportem może mieć problemy, gdy pojazd przewozi maksymalne obciążenie paletą.

Dobór silnika powinien zawsze uwzględniać maksymalną oczekiwaną ładowność.

Używanie nadmiernej mocy silnika

Nadmiar nie jest automatycznie lepszy.

Zbyt duży silnik może zwiększyć:

• Masa pojazdu

• Zużycie baterii

• Koszt

• Miejsce instalacji

• Wymagania mechaniczne

Celem jest silnik o odpowiedniej wielkości i wystarczającym marginesie operacyjnym.

Ignorowanie warunków termicznych

Maksymalny moment obrotowy jest zwykle dostępny w ograniczonych warunkach pracy. Ciągła praca wymaga analizy termicznej.

Wybór silnika przed projektem mechanicznym

Wybór silnika powinien być skoordynowany z kołem, skrzynią biegów, podwoziem, akumulatorem i układem sterowania.

Silnik należy traktować jako część kompletnego układu napędowego, a nie jako izolowany element.

Dlaczego dostosowanie OEM może mieć znaczenie w przypadku czterokierunkowych wózków paletowych

Czterokierunkowe wózki paletowe nie są zbudowane wokół jednej uniwersalnej konstrukcji układu napędowego. Ładowność, wymiary pojazdu, rozmiar kół, napięcie akumulatora, przełożenie skrzyni biegów, prędkość jazdy, system komunikacji i przestrzeń montażowa mogą się znacznie różnić w zależności od różnych projektów automatyzacji magazynu. Z powodu tych różnic gotowy silnik może nie zawsze zapewniać odpowiednią kombinację momentu obrotowego, prędkości, sprzężenia zwrotnego, sterowania i zgodności mechanicznej.

W tym miejscu ważna staje się personalizacja OEM. Bezpośrednia współpraca z producentem zintegrowanego serwosilnika krokowego umożliwia skonfigurowanie silnika zgodnie z rzeczywistym projektem wahadłowym, zamiast narzucać architekturę pojazdu w celu dostosowania go do standardowego silnika.

Specyfikacje silnika mogą odpowiadać rzeczywistemu obciążeniu wahadłowca

Czterokierunkowy wózek paletowy potrzebuje wystarczającego momentu obrotowego, aby przenieść swój ciężar wraz z maksymalnym obciążeniem palety. Jednak sam wybór silnika o wyższym momencie znamionowym niekoniecznie zapewnia lepszy układ napędowy.

Silnik powinien być dopasowany do rzeczywistych wymagań, m.in.:

• Maksymalna masa pojazdu i palety

• Wymagane przyspieszanie i zwalnianie

• Prędkość podróży

• Średnica koła

• Przełożenie skrzyni biegów

• Sprawność przekładni mechanicznej

• Cykl pracy

• Częstotliwość uruchamiania i zatrzymywania

Producent silnika OEM może ocenić te parametry i skonfigurować silnik pod kątem wymaganego profilu operacyjnego. Pomaga to uniknąć zarówno niedowymiarowania silnika, jak i niepotrzebnego przewymiarowania.

Skrzynię biegów można dostosować do silnika

Silnik i skrzynia biegów pracują jako jeden układ napędowy, więc dobór ich osobno może wiązać się z niepotrzebnymi kompromisami.

Na przykład czterokierunkowy wahadłowiec może wymagać stosunkowo dużego momentu obrotowego na kołach przy kontrolowanej prędkości jazdy. Zamiast używać większego silnika po prostu w celu uzyskania większego wyjściowego momentu obrotowego, odpowiednia redukcja biegów może zwiększyć moment obrotowy koła przy jednoczesnym utrzymaniu odpowiedniej prędkości roboczej silnika.

Dostosowanie OEM może obejmować:

• Przełożenie skrzyni biegów

• Typ skrzyni biegów

• Wyjściowy moment obrotowy

• Wał wyjściowy

• Wymiary wału

• Konfiguracja montażu

• Orientacja skrzyni biegów

Dzięki temu kompletny , zintegrowany zespół serwosilnika krokowego i skrzyni biegów może dokładniej dopasować się do konstrukcji mechanicznej wahadłowca.

Opcje enkodera mogą odpowiadać wymaganiom dotyczącym pozycjonowania

Informacja zwrotna o położeniu jest ważna w przypadku zautomatyzowanych pojazdów magazynowych, ponieważ wózek musi wielokrotnie zatrzymywać się w określonych pozycjach.

Różne aplikacje mogą wymagać różnych konfiguracji enkodera. W zależności od architektury sterowania producenci mogą określić sprzężenie zwrotne przyrostowe lub absolutne oraz wybrać odpowiednią rozdzielczość i interfejs enkodera.

W przypadku zastosowań wymagających niezawodnych informacji o pozycji po przerwach w zasilaniu lub bardziej zaawansowanego zarządzania pozycją opcje enkodera absolutnego . można również rozważyć

Dostosowanie OEM umożliwia wybór konfiguracji enkodera zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami sterownika i pozycjonowania, zamiast polegać na stałej konfiguracji standardowej.

Interfejsy komunikacyjne można dostosować do systemu sterowania

Silnik powinien skutecznie komunikować się z głównym sterownikiem wahadłowca.

W zależności od architektury pojazdu zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą może wykorzystywać tryb Pulse/Direction, RS485, Modbus RTU, CANopen lub EtherCAT.

Na przykład prosta oś ruchu może wykorzystywać sterowanie impulsowe, podczas gdy wieloosiowy zautomatyzowany pojazd może skorzystać na architekturze sterowania opartej na sieci.

Konfiguracja OEM może pomóc zapewnić kompatybilność interfejsu komunikacyjnego silnika, parametrów sterowania i systemu sprzężenia zwrotnego z istniejącą platformą automatyzacji klienta.

Wymiary mechaniczne można zaprojektować w oparciu o ograniczoną przestrzeń instalacyjną

Przestrzeń jest często głównym ograniczeniem w czterokierunkowym transporcie paletowym.

Silnik napędowy może wymagać dopasowania do:

• Baterie

• Elektronika sterująca

• Mechanizmy podnoszące

• Czujniki

• Skrzynie biegów

• Elementy konstrukcyjne

• Urządzenia zabezpieczające

Silnik pracujący elektrycznie, ale nie mieszczący się w dostępnej przestrzeni mechanicznej, nie jest praktycznym rozwiązaniem.

Dostosowanie OEM może dotyczyć długości silnika, otworów montażowych, wymiarów wału, położenia złącza, prowadzenia kabli i ogólnych wymiarów montażowych . Daje to projektantom sprzętu większą swobodę w optymalizacji podwozia pojazdu.

Konfigurację kabli i złączy można dostosować

Mobilne urządzenia magazynowe stawiają szczególne wymagania w zakresie prowadzenia kabli.

Może zaistnieć potrzeba przeciągnięcia kabla silnika przez wąską ramę, przesunięcia go za pomocą zespołu mechanicznego lub podłączenia do określonej wiązki przewodów pojazdu.

Dostawcy silników OEM mogą dostosować:

• Długość kabla

• Kierunek kabla

• Typ złącza

• Lokalizacja złącza

• Okablowanie enkodera

• Okablowanie komunikacyjne

• Okablowanie zasilania

Odpowiednia konfiguracja kabli może sprawić, że montaż będzie czystszy i zredukuje niepotrzebne okablowanie wewnątrz promu.

Napięcie i moc mogą odpowiadać architekturze baterii

Czterokierunkowe wózki paletowe to maszyny mobilne zasilane akumulatorowo, dlatego parametry elektryczne silnika muszą odpowiadać systemowi zasilania prądem stałym pojazdu.

W zależności od projektu system może wykorzystywać między innymi architekturę akumulatorów 24 VDC, 36 VDC lub 48 VDC .

Silnik należy ocenić łącznie z akumulatorem, sterownikiem, prądem szczytowym, prądem ciągłym i oczekiwanym cyklem pracy.

Dostosowanie OEM umożliwia opracowanie konfiguracji elektrycznej w oparciu o rzeczywisty system zasilania klienta, zamiast wymagać poważnych zmian w architekturze akumulatora pojazdu.

Personalizacja pomaga w zarządzaniu temperaturą

Wydajność cieplna może stać się poważnym problemem, gdy silnik pracuje w kompaktowej obudowie wahadłowej.

Czterokierunkowy wózek paletowy może wykonać setki lub tysiące powtarzających się cykli ruchu, z częstym przyspieszaniem, zwalnianiem, zatrzymywaniem i ponownym uruchamianiem. Wynikowe średnie obciążenie silnika może bardzo różnić się od krótkotrwałego obciążenia szczytowego.

Podczas opracowywania OEM silnik można ocenić na podstawie rzeczywistych:

Obciążenie → prędkość → przyspieszenie → czas cyklu → temperatura robocza

relacja.

Zapewnia to lepszą podstawę do określania momentu ciągłego, momentu szczytowego, wielkości silnika i wymagań termicznych.

Testowanie prototypów może zmniejszyć ryzyko integracji

W przypadku nowej platformy do transportu palet same specyfikacje laboratoryjne nie zawsze wystarczą.

Praktyczny proces rozwoju OEM może obejmować:

Analiza wymagań → Dobór silnika → Dopasowanie mechaniczne → Prototyp → Testowanie próbek → Testowanie pojazdu → Optymalizacja parametrów → Produkcja masowa

Podczas testowania prototypu producent i twórca wahadłowca może ocenić moment rozruchowy, przyspieszenie, położenie, wzrost temperatury, hałas, wibracje, zużycie baterii i wydajność komunikacji.

Wyniki można następnie wykorzystać do optymalizacji parametrów silnika przed wprowadzeniem do produkcji seryjnej.

Wsparcie OEM staje się bardziej wartościowe w przypadku projektów o dużej objętości

W przypadku jednorazowej maszyny czasami może wystarczyć standardowy silnik. Jednak dla producenta wózków paletowych produkującego setki lub tysiące pojazdów spójność staje się znacznie ważniejsza.

Dostawca OEM może pomóc w ustaleniu dedykowanej konfiguracji silnika z określonymi:

• Parametry elektryczne

• Wymiary mechaniczne

• Specyfikacja enkodera

• Ustawienia komunikacji

• Konfiguracja skrzyni biegów

• Konfiguracja kabla i złącza

• Wymagania dotyczące testów produkcyjnych

Może to ułatwić standaryzację silnika w różnych partiach pojazdu.

Co powinno być zawarte w specyfikacji silnika OEM?

Przed skontaktowaniem się z producentem zintegrowanego serwosilnika krokowego zalecamy przygotowanie podstawowej specyfikacji aplikacji.

Powinien zawierać co najmniej:

1. Maksymalna masa pojazdu

2. Maksymalne obciążenie palety

3. Docelowa prędkość jazdy

4. Przyspieszanie i zwalnianie

5. Średnica koła

6. Wymagany moment obrotowy koła

7. Przełożenie skrzyni biegów

8. Napięcie akumulatora

9. Cykl operacyjny

10. Protokół komunikacyjny

11. Wymagania dotyczące enkodera

12. Dostępna przestrzeń instalacyjna

13. Temperatura robocza

14. Wymagania dotyczące kabli i złączy

15. Oczekiwana roczna wielkość produkcji

Im dokładniej zdefiniowano te parametry, tym łatwiej opracować silnik pasujący do całego układu wahadłowego.

Dostosowywanie OEM to coś więcej niż zmiana specyfikacji silnika

W przypadku producentów czterokierunkowych wózków paletowych dostosowywanie OEM nie powinno ograniczać się do zmiany napięcia lub długości silnika. Prawdziwa wartość wynika z opracowania kompletnego rozwiązania ruchu opartego na architekturze mechanicznej i elektrycznej pojazdu.

Dobrze dobrany, zintegrowany silnik krokowy z zamkniętą pętlą może połączyć silnik, sterownik, enkoder i opcjonalną skrzynię biegów w kompaktowy układ napędowy. Przy odpowiednim dostosowaniu powstały system może uprościć instalację, zredukować liczbę elementów zewnętrznych, obsługiwać sterowanie ruchem w zamkniętej pętli i dopasować się do fizycznych ograniczeń wahadłowca.

Z tego powodu przy wyborze zintegrowany serwosilnik krokowy do czterokierunkowego wózka paletowego , przydatna jest ocena nie tylko specyfikacji katalogowych, ale także zdolności dostawcy do wspierania dostosowywania OEM/ODM, opracowywania prototypów, testowania aplikacji i produkcji seryjnej.

Ostateczna lista kontrolna dotycząca wyboru czterokierunkowego silnika wahadłowego

Przed sfinalizowaniem silnika zalecamy sprawdzenie pięciu obszarów.

Mechaniczne: Czy moment obrotowy jest wystarczający dla maksymalnego obciążenia pojazdu, średnicy koła, przełożenia skrzyni biegów i przyspieszenia?

Elektryka: Czy silnik odpowiada napięciu akumulatora i architekturze zasilania?

Sterowanie: Czy zintegrowany sterownik obsługuje wymagany interfejs Pulse, RS485, CANopen, EtherCAT lub inny interfejs sterujący?

Opinia: Czy koder zapewnia wymagane możliwości pozycjonowania i monitorowania ruchu?

Termiczne: Czy silnik wytrzyma rzeczywisty cykl pracy wewnątrz podwozia wahadłowca?

Skuteczny układ napędowy czterokierunkowego wózka paletowego nie opiera się zatem na wyborze silnika o najwyższym momencie obrotowym lub największym rozmiarze ramy. Pochodzi z dopasowania momentu obrotowego, prędkości, sprzężenia zwrotnego, sterowania, skrzyni biegów, napięcia, wydajności cieplnej i wymiarów mechanicznych do rzeczywistego profilu operacyjnego.

W przypadku kompaktowych robotów magazynowych an zintegrowany serwosilnik krokowy z zamkniętą pętlą może zapewnić praktyczne połączenie kontroli ze sprzężeniem zwrotnym, kompaktowej instalacji, uproszczonego okablowania i powtarzalnego ruchu. Odpowiednio dobrany i dostosowany do indywidualnych potrzeb może stać się kluczową częścią niezawodnego czterokierunkowego systemu napędu paletowego.