Tiếng Việt
Lượt xem: 0 Tác giả: Jkongmotor Thời gian xuất bản: 20-09-2026 Nguồn gốc: Địa điểm
Các nhà kho hiện đại luôn chịu áp lực phải lưu trữ nhiều hàng hóa hơn với ít không gian hơn, di chuyển pallet nhanh hơn, giảm lỗi định vị và duy trì hoạt động đáng tin cậy suốt ngày đêm . Đây là một lý do khiến hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động, hay AS/RS , ngày càng trở nên quan trọng trong kho bãi mật độ cao, hậu cần sản xuất, trung tâm phân phối và cơ sở sản xuất tự động.
Trung tâm của nhiều hệ thống AS/RS pallet là cần cẩu xếp chồng . Nó phải di chuyển theo chiều ngang qua một lối đi hẹp, nâng tải theo chiều dọc lên các mức giá khác nhau và vận hành thiết bị xử lý tải để đặt hoặc lấy pallet. Những chuyển động này phải được phối hợp chính xác. Một lỗi định vị nhỏ có thể dẫn đến việc pallet không được lắp vào đúng cách, va chạm với giá đỡ, các chuyển động điều chỉnh không cần thiết hoặc chu kỳ lưu trữ và truy xuất lâu hơn.
Vì lý do này, động cơ được sử dụng cho các trục di chuyển, nâng và xử lý không chỉ đơn giản là nguồn năng lượng quay. Nó là một phần của của máy kiến trúc điều khiển chuyển động .
Đối với các ứng dụng AS/RS năng động cao, Động cơ servo AC có thể cung cấp sự kết hợp giữa mô-men xoắn, điều chỉnh tốc độ, phản hồi, điều khiển gia tốc, phản hồi định vị và giao tiếp cần thiết để phối hợp các cấu hình chuyển động đòi hỏi khắt khe.
Cần cẩu xếp chồng AS/RS , còn được gọi là cần cẩu xếp chồng, máy lưu trữ và truy xuất (SRM), hoặc cần cẩu lưu trữ và truy xuất tự động , là máy xử lý vật liệu tự động được thiết kế để di chuyển hàng hóa giữa các vị trí lưu trữ và các trạm đầu vào/đầu ra được chỉ định.
Một cần cẩu xếp chồng pallet điển hình hoạt động theo ba hướng chuyển động chính:
Di chuyển ngang dọc theo lối đi của kho
Nâng theo chiều dọc để đạt được các mức giá khác nhau
Xử lý tải thông qua càng nâng, càng nâng hoặc cơ cấu nâng khác
Máy thường hoạt động cùng với hệ thống quản lý kho (WMS), hệ thống điều khiển kho (WCS), PLC, cảm biến, thiết bị định vị và bộ truyền động chuyển động.
Không giống như xe nâng thông thường, cần cẩu xếp chồng được thiết kế để hoạt động trong một lối đi xác định và lặp lại các lệnh lưu trữ và truy xuất tự động với sự can thiệp hạn chế của con người.
Điều này tạo ra một yêu cầu động cơ rất khác nhau.
Động cơ phải liên tục tăng tốc, giảm tốc, dừng, đảo chiều và định vị lại máy trong khi xử lý các điều kiện tải thay đổi. Đồng thời, cấu trúc cần trục có thể cao và tương đối linh hoạt, nghĩa là việc tăng tốc mạnh có thể tạo ra rung động cột ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác định vị.
Nghiên cứu về động lực học của cần cẩu đã xác định cụ thể tải trọng động cao và độ rung của cột là những yếu tố có thể làm giảm độ ổn định của máy và độ chính xác định vị.
Yêu cầu cơ bản nghe có vẻ đơn giản: di chuyển pallet từ Điểm A đến Điểm B.
Trong thực tế, biên dạng chuyển động phức tạp hơn nhiều.
Một cần cẩu xếp chồng có thể cần phải:
Tăng tốc nhanh chóng từ trạng thái dừng.
Di chuyển với tốc độ cao qua một lối đi hẹp.
Giảm tốc độ trước khi đến vị trí mục tiêu.
Dừng lại trong một cửa sổ định vị nhỏ.
Nâng hoặc hạ tải trọng nặng.
Kiểm soát việc mở rộng và rút lại ngã ba.
Bù đắp cho sự thay đổi tải.
Lặp lại cùng một chu kỳ hàng ngàn lần.
Phối hợp nhiều trục mà không bị rung quá mức.
Giao tiếp liên tục với bộ điều khiển máy và hệ thống tự động hóa kho.
Thông số kỹ thuật AS/RS thương mại minh họa mức độ yêu cầu của các hệ thống này. Tùy thuộc vào thiết kế máy, cần cẩu xếp chồng có thể kết hợp tốc độ di chuyển cao, tốc độ nâng đáng kể, tải trọng lớn và yêu cầu định vị ở mức milimet.
Đây là lúc việc điều khiển chuyển động servo động năng cao trở nên quan trọng.
|
|
|
|
|
|
Động cơ servo Dc tích hợp có phanh |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
trục |
Vít chì |
mô-đun |
Chuyển động tuyến tính |
Phanh |
Hộp số |
Hộp số giun |
Dây điện |
Mức độ bảo vệ |
Mức độ bảo vệ |
Định vị động cao không chỉ đơn giản có nghĩa là 'di chuyển nhanh hơn.'
Đối với cần cẩu xếp chồng AS/RS, định vị động cao có nghĩa là động cơ và hệ thống dẫn động có thể tăng tốc nhanh chóng, kiểm soát tốc độ chính xác, giảm tốc êm ái, ổn định tại vị trí mục tiêu và duy trì khả năng lặp lại trong các điều kiện cơ học thay đổi.
Một chuỗi chuyển động hữu ích có thể được biểu diễn dưới dạng:
Tăng tốc → Di chuyển tốc độ cao → Giảm tốc có kiểm soát → Định vị tinh tế → Xác nhận vị trí
Phần khó khăn là sự chuyển tiếp giữa các giai đoạn này.
Nếu tăng tốc quá mạnh, cột có thể rung.
Nếu quá trình giảm tốc bắt đầu quá muộn, cần trục có thể tăng tốc quá mức.
Nếu động cơ không có đủ mô-men xoắn, bộ truyền động có thể gặp khó khăn khi nâng pallet nặng hoặc thay đổi tải trọng.
Nếu phản hồi điều khiển quá chậm, máy có thể yêu cầu các chuyển động điều chỉnh bổ sung.
Nếu độ phân giải phản hồi không đủ, bộ điều khiển sẽ có ít thông tin hơn để xác định vị trí trục thực tế.
Vì vậy, mục tiêu không phải là tốc độ tối đa. Mục tiêu là thông lượng cao với chuyển động được kiểm soát và định vị có thể dự đoán được.
Đối với các ứng dụng cần cẩu xếp chồng đòi hỏi khắt khe, động cơ AC servo cung cấp một số đặc tính phù hợp với yêu cầu của chuyển động tự động.
Động cơ servo thường hoạt động với phản hồi từ bộ mã hóa hoặc cảm biến vị trí khác.
Bộ điều khiển có thể so sánh vị trí lệnh với vị trí động cơ thực tế và liên tục điều chỉnh phản ứng của động cơ.
Kiến trúc vòng kín này về cơ bản khác với việc chỉ áp dụng một điện áp hoặc tần số cố định cho động cơ thông thường.
Đối với thiết bị AS/RS, phản hồi đặc biệt hữu ích khi:
Định vị
Tăng tốc
Giảm tốc
Hoạt động ở tốc độ thấp
Đảo ngược
Về nhà
Tải biến thể
Định vị tốt
Một số hệ thống servo công nghiệp cũng hỗ trợ các kênh phản hồi bổ sung để điều khiển vòng kín có độ chính xác cao hơn và bù đắp các khiếm khuyết cơ học như phản ứng dữ dội và tính linh hoạt.
Hệ thống AS/RS đạt được năng suất từ thời gian chu kỳ.
Cần trục có thể hoàn thành chu trình lưu trữ hoặc truy xuất càng nhanh mà không ảnh hưởng đến độ ổn định thì kho có thể xử lý càng nhiều giao dịch.
Hệ thống servo AC có thể được cấu hình để kiểm soát khả năng tăng tốc và giảm tốc thay vì chỉ chuyển đổi giữa tốc độ tối đa và dừng.
Điều này cho phép các kỹ sư xây dựng hồ sơ chuyển động xung quanh các đặc tính cơ học của cần trục.
Ví dụ:
0 → tăng tốc → di chuyển tốc độ cao → giảm tốc có kiểm soát → tiếp cận tốc độ thấp → dừng
Các giá trị chính xác phụ thuộc vào cấu trúc cầu trục, tải trọng, hộp số, đường kính bánh xe, cơ cấu nâng, hình dạng giá đỡ và các yêu cầu an toàn.
Cần cẩu xếp chồng không phải lúc nào cũng hoạt động với cùng tải trọng cơ học.
Trục hành trình có thể di chuyển:
Xe chở hàng trống
Một tàu sân bay được tải một phần
Một pallet đầy đủ
Pallet có tải trọng lệch tâm
Trục nâng thậm chí còn chịu những thay đổi lớn hơn do động cơ phải vượt qua tải trọng hấp dẫn và hệ thống truyền động cơ khí.
Vì lý do này, việc lựa chọn động cơ nên xem xét mô-men xoắn liên tục, mô-men xoắn cực đại, mô-men tăng tốc, quán tính, tỷ số truyền, chu kỳ làm việc và các yêu cầu phanh thay vì chỉ dựa vào công suất định mức của động cơ.
Di chuyển tốc độ cao đưa cần cẩu đến gần đích.
Kiểm soát tốc độ thấp sẽ đưa nó vào đúng vị trí.
Vì vậy, giai đoạn định vị cuối cùng là vô cùng quan trọng.
Một hệ thống servo tốt có thể duy trì chuyển động được kiểm soát ở tốc độ thấp và chuyển đổi suôn sẻ từ hành trình tốc độ cao sang định vị chính xác.
Điều này làm giảm nhu cầu dừng đột ngột và lặp lại các động tác điều chỉnh.
Một thách thức lớn đối với cần cẩu xếp chồng cao tầng là độ rung cơ học.
Một cột buồm cao không hoàn toàn cứng nhắc. Tăng tốc và giảm tốc nhanh có thể kích thích các chế độ cấu trúc.
Sự dao động sinh ra có thể làm tăng thời gian ổn định và làm cho vị trí cuối cùng kém ổn định hơn.
Hệ thống servo có thể kết hợp tính năng triệt rung, bù cộng hưởng, lọc khía và cấu hình gia tốc được điều chỉnh cẩn thận để giảm sự kích thích của cộng hưởng cơ học.
Các nền tảng servo hiện đại cung cấp rõ ràng các chức năng triệt tiêu rung động và cộng hưởng cho các ứng dụng điều khiển chuyển động.
Tuy nhiên, việc điều chỉnh servo không thể bù đắp cho cấu trúc cơ khí được thiết kế không phù hợp. Động cơ, hộp số, bánh xe, cột nâng, bộ phận tải, bộ mã hóa và thuật toán điều khiển phải được coi là một hệ thống.
Khi chọn mô tơ servo AC cho cần cẩu xếp chồng AS/RS, chúng tôi khuyên bạn nên đánh giá hệ thống truyền động hoàn chỉnh thay vì chỉ nhìn vào công suất động cơ.
Độ phân giải của bộ mã hóa ảnh hưởng trực tiếp đến lượng thông tin vị trí có sẵn cho bộ điều khiển.
Đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe, người mua nên đánh giá:
Độ phân giải của bộ mã hóa
Phản hồi tuyệt đối hoặc tăng dần
Khả năng quay một lượt hoặc nhiều lượt
Giao thức truyền thông
Phản hồi phản hồi
Kháng môi trường
Chiều dài cáp và yêu cầu lắp đặt
Bộ mã hóa chính xác phụ thuộc vào kiến trúc máy và phương pháp định vị.
Mô-men xoắn cực đại rất quan trọng khi:
Tăng tốc cần cẩu
Nâng tải
Đảo ngược nhanh chóng
Giảm tốc được kiểm soát khẩn cấp
Khởi động tải nặng
Thay đổi tải động
Động cơ không nên được lựa chọn chỉ dựa trên điều kiện chạy danh nghĩa.
Trục di chuyển có thể yêu cầu tốc độ quay cao trong khi vẫn duy trì mô-men xoắn và phản hồi ổn định.
Hộp số có thể được sử dụng để chuyển đổi tốc độ động cơ thành tốc độ và mô-men xoắn yêu cầu của bánh xe.
Do đó, sự kết hợp đúng là:
Động cơ servo + hộp số + bánh xe + tải trọng cơ khí + hồ sơ điều khiển
thay vì chỉ đơn giản là chọn một động cơ tốc độ cao.
Tốc độ ổn định rất quan trọng vì tốc độ không nhất quán sẽ ảnh hưởng đến thời gian giảm tốc và định vị.
Bộ truyền động servo có thể liên tục điều chỉnh động cơ theo tốc độ yêu cầu và tín hiệu phản hồi.
Đối với hệ thống lưu trữ tự động, điều khiển vị trí là trọng tâm của ứng dụng.
Bộ điều khiển có thể ra lệnh:
Vị trí tuyệt đối
Chuyển động tương đối
phong trào về nhà
Hồ sơ tốc độ
Tăng tốc
Giảm tốc
Dung sai vị trí
Sau đó, bộ điều khiển servo sẽ chuyển các lệnh này thành mô-men xoắn và tốc độ của động cơ.
Cần trục AS/RS thường giao tiếp với kiến trúc điều khiển cấp cao hơn.
Tùy thuộc vào hệ thống, các kỹ sư có thể đánh giá các giao diện truyền thông như:
EtherCAT
CANopen
PROFINET
Modbus
EtherNet/IP
Xung và hướng
Giao diện chính xác phụ thuộc vào PLC, bộ điều khiển chuyển động, kiến trúc an toàn và bộ tích hợp hệ thống.
Các ứng dụng nâng thẳng đứng đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến phanh.
Phanh động cơ có thể cần thiết để giữ tải treo khi mất điện.
Điều này đặc biệt quan trọng vì bản thân chế độ Tắt mô-men xoắn an toàn (STO) không giữ được tải trọng treo về mặt cơ học . STO ngăn không cho năng lượng tạo mô-men xoắn được cung cấp cho động cơ; tùy thuộc vào hệ thống, có thể cần thêm phanh giữ cơ khí hoặc cơ cấu giữ tải khác.
Sự khác biệt này cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế cơ khí và chức năng-an toàn.
Bắt đầu với ứng dụng thực tế hơn là danh mục động cơ.
Tính toán:
Tổng khối lượng chuyển động
Khối lượng pallet tối đa
Đường kính bánh xe
Tỷ lệ hộp số
Lực cản lăn
Yêu cầu tăng tốc
Độ nghiêng, nếu có
Hiệu suất truyền tải
Quán tính phản xạ
Chu kỳ nhiệm vụ bắt buộc
Đối với trục nâng, bao gồm thành phần trọng lực và hiệu suất của cơ cấu nâng.
Mối quan hệ mô men xoắn đơn giản có thể được biểu diễn dưới dạng:
T = F × r / η
Ở đâu:
T = mô-men xoắn đầu ra yêu cầu
F = lực cần thiết
r = bán kính cơ học hiệu quả
η = hiệu suất truyền tải
Lựa chọn động cơ cuối cùng cũng phải bao gồm mômen tăng tốc và giới hạn kỹ thuật thích hợp.
Quán tính của động cơ rất quan trọng vì servo phải tăng tốc cả tải và rôto của chính nó.
Tỷ lệ quán tính quá lớn có thể làm cho hệ thống khó điều chỉnh.
Một động cơ quá nhỏ có thể không có đủ mômen dự trữ.
Mục tiêu là sự kết hợp cân bằng giữa:
Quán tính động cơ + tỷ số truyền + quán tính tải phản xạ
Đối với các ứng dụng năng động cao, việc kết hợp quán tính thường quan trọng như công suất định mức.
Hộp số thay đổi mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và mô-men xoắn đầu ra.
Tỷ lệ giảm cao hơn thường cung cấp mô-men xoắn đầu ra lớn hơn và tốc độ đầu ra thấp hơn.
Tỷ lệ giảm thấp hơn có thể hỗ trợ tốc độ đầu ra cao hơn.
Do đó, tỷ lệ chính xác phải được xác định từ:
Tốc độ bánh xe yêu cầu + tốc độ di chuyển yêu cầu + gia tốc yêu cầu + tốc độ động cơ khả dụng + mô men tải
Đối với các cơ cấu nâng, hộp số và hệ thống phanh phải được đánh giá bổ sung về khả năng giữ tải và độ an toàn.
Một mặt cắt hình thang đơn giản có thể tạo ra những thay đổi đột ngột về gia tốc.
Cấu hình đường cong chữ S thay đổi dần dần khả năng tăng tốc và giảm tốc.
Điều này có thể giúp giảm:
Sốc cơ học
Chuyển động của pallet
Cột rung
Trượt bánh xe
Tác động hộp số
Thời gian giải quyết
Điều khiển đường cong chữ S đã được sử dụng trong các hệ thống chuyển động của cần cẩu để tạo ra khả năng tăng tốc và giảm tốc mượt mà hơn.
Đối với cần cẩu xếp cao, điều này có thể đặc biệt có giá trị vì kết cấu cơ khí có thể có tần số tự nhiên tương đối thấp.
Một chiến lược định vị thực tế có thể sử dụng hai giai đoạn.
Định vị thô:
Cần cẩu di chuyển nhanh chóng về phía mục tiêu.
Định vị tốt:
servo giảm tốc độ và tiến tới tọa độ cuối cùng với khả năng kiểm soát tốt hơn.
Điều này ngăn máy cố gắng đạt được tốc độ tối đa và độ chính xác tối đa cùng một lúc.
Cách tiếp cận cuối cùng có thể sử dụng lệnh vận tốc nhỏ hơn và dung sai vị trí chặt chẽ hơn.
Bộ mã hóa servo cho bộ truyền động biết điều gì đang xảy ra ở trục động cơ.
Tuy nhiên, trục động cơ không giống với vị trí vật lý cuối cùng của pallet.
Các yếu tố cơ học như:
Phản ứng dữ dội của hộp số
Trượt bánh xe
Độ đàn hồi của đai
Căng xích
Độ lệch cột
Rung động kết cấu
Chuyển động tải
có thể gây ra lỗi giữa vị trí động cơ và vị trí máy thực tế.
Vì lý do này, hệ thống AS/RS thường kết hợp thông tin bộ mã hóa với các công nghệ định vị như định vị mã vạch, đo khoảng cách bằng laser, cảm biến quang điện hoặc các hệ thống tham chiếu bên ngoài khác . Ví dụ về kiến trúc AS/RS thương mại sử dụng kết hợp bộ mã hóa và định vị bằng laser hoặc mã vạch để định vị ở mức milimet.
Một trong những điểm quan trọng nhất trong thiết kế chuyển động AS/RS là độ chính xác của servo không tự động bằng độ chính xác của máy..
Giả sử một bộ mã hóa cung cấp phản hồi có độ chính xác cao ở trục động cơ.
Nếu hộp số có phản ứng ngược, bánh xe bị trượt hoặc khung nâng bị cong khi chịu tải thì vị trí pallet thực tế có thể vẫn khác với vị trí động cơ được tính toán.
Vì vậy, chuỗi định vị cần được coi là:
Động cơ → Hộp số → Hộp số → Bánh xe/Cơ cấu nâng → Cấu trúc cầu trục → Tải
Mọi yếu tố cơ khí đều có thể góp phần gây ra lỗi định vị cuối cùng.
Đối với các ứng dụng có độ chính xác cao, kết quả tốt nhất sẽ đến từ việc kết hợp:
điều khiển servo hiệu suất cao + độ chính xác cơ học + phản hồi định vị bên ngoài + cấu hình chuyển động được tối ưu hóa.
Độ rung của cột là một trong những thách thức chính khi tăng tốc độ di chuyển của cần cẩu xếp chồng AS/RS. Cần cẩu xếp chồng thường có cột cao và tương đối mảnh, do đó việc tăng tốc, giảm tốc nhanh, thay đổi hướng đột ngột và phân bổ tải trọng không đồng đều có thể kích thích rung động kết cấu. Nếu độ rung không được kiểm soát, cần trục có thể cần thêm thời gian ổn định trước khi tải có thể được lưu trữ hoặc lấy lại một cách chính xác.
Vì lý do này, thiết kế AS/RS tốc độ cao không chỉ đơn giản là chọn tốc độ RPM cao hơn. Động cơ servo AC . Động cơ servo, bộ truyền động, hộp số, cấu trúc cơ khí, bộ mã hóa, cấu hình chuyển động và hệ thống định vị phải hoạt động cùng nhau.
Một trong những cách hiệu quả nhất để giảm độ rung của cột là tránh những thay đổi đột ngột về gia tốc.
Cấu hình chuyển động thông thường có thể áp dụng khả năng tăng tốc và giảm tốc tương đối mạnh mẽ. Khi một cần cẩu cao đột ngột thay đổi gia tốc, lực quán tính sinh ra có thể kích thích tần số tự nhiên của cột buồm.
Thay vào đó, cấu hình tăng tốc và giảm tốc theo đường cong chữ S sẽ dần dần thay đổi khả năng tăng tốc.
Một chuỗi chuyển động điển hình trở thành:
Tăng tốc → Di chuyển tốc độ không đổi → Giảm tốc có kiểm soát → Định vị tốc độ thấp → Dừng
Thay vì dừng cần trục càng nhanh càng tốt về mặt cơ học, mục tiêu là đạt được thời gian chu kỳ thực tế ngắn nhất trong khi vẫn giữ dao động kết cấu trong phạm vi chấp nhận được.
Cách tiếp cận này có thể làm giảm:
Dao động cột
Sốc cơ học
Chuyển động của pallet
Trượt bánh xe
Tác động hộp số
Vị trí vượt quá
Thời gian giải quyết sau khi dừng
Động cơ servo AC phải được điều chỉnh theo đặc tính cơ học thực tế của cần trục xếp chồng.
Hệ thống servo có cài đặt khuếch đại quá mức có thể phản ứng nhanh với các lỗi vị trí, nhưng phản hồi điều khiển cao hơn cũng có thể kích thích cộng hưởng cơ học.
Ngược lại, cài đặt thận trọng quá mức có thể làm cho cần trục cảm thấy chậm và tăng thời gian định vị.
Do đó, quá trình điều chỉnh servo nên xem xét:
Tăng vòng lặp vị trí
Tăng tốc độ vòng lặp
Phản ứng mô-men xoắn
Tỷ lệ quán tính
Tần số cộng hưởng
Đặc tính tải
Tăng tốc và giảm tốc
Độ cứng cơ học
Mục tiêu là đạt được sự cân bằng giữa phản ứng nhanh và chuyển động ổn định.
Mọi cấu trúc cơ khí đều có tần số tự nhiên mà tại đó nó dễ bị rung hơn.
Cột buồm, hộp số, cụm bánh xe, bệ tải và các bộ phận cơ khí khác có thể tạo ra các đặc tính cộng hưởng khác nhau.
Bộ truyền động AC servo hiện đại có thể cung cấp các chức năng như bộ lọc khía, triệt tiêu cộng hưởng, triệt tiêu rung và điều chỉnh thích ứng.
Bộ lọc khía có thể làm giảm phản ứng của hệ thống servo xung quanh tần số cộng hưởng có vấn đề, giúp ngăn vòng điều khiển liên tục kích thích cấu trúc cơ học.
Tuy nhiên, việc lọc phần mềm không nên được coi là sự thay thế cho kỹ thuật cơ khí.
Nếu cột không đủ cứng, tải trọng được phân bổ kém hoặc hệ thống truyền động có khe hở cơ học quá mức thì việc điều chỉnh servo không thể loại bỏ hoàn toàn rung động.
Mối quan hệ giữa quán tính của động cơ và quán tính của tải phản xạ có ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng động.
Nếu quán tính tải quá lớn so với động cơ, hệ thống servo có thể cần nhiều mô-men xoắn hơn để đạt được gia tốc mong muốn. Phản hồi có thể trở nên chậm hơn và việc điều chỉnh có thể trở nên khó khăn hơn.
Hộp số thay đổi quán tính phản xạ trở lại động cơ. Vì vậy, việc lựa chọn động cơ và lựa chọn hộp số nên được thực hiện cùng nhau.
Tính toán kỹ thuật cần xem xét:
Quán tính động cơ + tỷ số hộp số + quán tính tải phản ánh + yêu cầu tăng tốc
Đối với trục di chuyển AS/RS, việc tính toán phải bao gồm toàn bộ khối lượng chuyển động thay vì chỉ trọng lượng pallet.
Khối lượng chuyển động có thể bao gồm:
Kết cấu cầu trục
Cột buồm
Vận chuyển hàng hóa
Cơ cấu ngã ba
Pallet
Sản phẩm
Hệ thống cáp
Bánh xe và bộ phận truyền động
Gia tốc cao hơn có thể giảm thời gian cần thiết để đạt tốc độ di chuyển tối đa nhưng cũng có thể làm tăng độ rung cơ học.
Điều này tạo ra sự khác biệt quan trọng giữa tốc độ tối đa và tốc độ hữu ích ..
Ví dụ, về mặt kỹ thuật, một cần cẩu có thể đạt tốc độ di chuyển rất cao, nhưng nếu nó cần một thời gian dài để ổn định sau khi đến vị trí mục tiêu thì thời gian chu trình tổng thể có thể không được cải thiện.
Mục tiêu tối ưu hóa tốt hơn là:
Tốc độ di chuyển cao + khả năng tăng tốc có kiểm soát + giảm tốc mượt mà + thời gian ổn định ngắn
Nói cách khác, cần cẩu AS/RS nhanh nhất không nhất thiết phải là cần trục có tốc độ RPM tối đa cao nhất. Nó là thứ có thể hoàn thành toàn bộ chu trình lưu trữ hoặc truy xuất một cách hiệu quả.
Giai đoạn giảm tốc đặc biệt quan trọng đối với độ rung của cột.
Nếu quá trình giảm tốc bắt đầu quá muộn, cần trục có thể phải phanh gấp khi gần vị trí mục tiêu. Điều này có thể tạo ra tải trọng động đáng kể lên cột buồm.
Nếu quá trình giảm tốc bắt đầu quá sớm, cần trục sẽ mất quá nhiều thời gian để di chuyển ở tốc độ thấp.
Một hệ thống servo được điều chỉnh tốt có thể sử dụng phản hồi vị trí từ bộ mã hóa và bộ điều khiển chuyển động để xác định thời điểm chuyển từ hành trình tốc độ cao sang giảm tốc có kiểm soát.
Mục tiêu là tạo ra một cách tiếp cận có thể dự đoán được:
Di chuyển tốc độ cao → Giảm tốc mượt mà → Tiếp cận tốc độ thấp → Dừng chính xác
Điều này làm giảm nhu cầu thực hiện các chuyển động khắc phục lặp đi lặp lại sau khi cần trục đạt được mục tiêu.
Rung động của cột không chỉ do động cơ gây ra.
Vị trí và sự phân bổ tải trọng có thể ảnh hưởng đáng kể đến động lực học của cần trục.
Một pallet nặng hoặc phân bố không đều có thể thay đổi trọng tâm hiệu quả và tăng dao động trong quá trình tăng tốc và giảm tốc.
Vì lý do này, người thiết kế AS/RS nên xem xét:
Tải trọng tối đa
Tải trọng tối thiểu
Hoạt động vận chuyển xe trống
Trọng tâm tải trọng
Kích thước pallet
Tải ổn định
Phần mở rộng ngã ba
Chiều cao tải
Cấu hình chuyển động servo có thể cần được tối ưu hóa cho điều kiện động trong trường hợp xấu nhất thay vì chỉ tải trọng danh nghĩa.
Thậm chí một Động cơ servo AC hiệu suất cao không thể bù vô thời hạn cho khe hở cơ học quá mức.
Phản ứng ngược trong hộp số hoặc hộp số có thể tạo ra sự khác biệt giữa chuyển động của động cơ và chuyển động thực tế của cần trục.
Các nguồn tiềm năng bao gồm:
Phản ứng dữ dội của hộp số
Khớp nối lỏng lẻo
Khoảng cách giữa bánh xe với đường ray
Vòng bi bị mòn
Độ đàn hồi của xích hoặc đai
Mối nối kết cấu
Dung sai lắp đặt
Khi động cơ đổi hướng, các khe hở cơ học này có thể đột ngột tăng lên, tạo ra một tác động nhỏ hoặc xáo trộn vị trí.
Do đó, các bộ phận truyền động phản ứng ngược thấp và việc lắp đặt cứng chắc về mặt cơ học có thể rất quan trọng đối với các ứng dụng AS/RS động học cao.
Bộ mã hóa servo chủ yếu đo trục động cơ.
Tuy nhiên, vị trí thực tế của cần trục được xác định bởi bộ truyền động cơ khí hoàn chỉnh.
Giữa động cơ và tải có thể có:
Động cơ → Hộp số → Khớp nối → Bánh xe → Đường ray → Kết cấu cầu trục → Tải
Mỗi thành phần có thể gây ra một số lỗi nhỏ.
Do đó, đối với các ứng dụng AS/RS có độ chính xác cao, bộ mã hóa servo có thể được kết hợp với các công nghệ định vị bên ngoài như:
Định vị bằng laser
Định vị mã vạch
Hệ thống định vị tuyệt đối
Cảm biến tiệm cận
Công tắc giới hạn
Điểm đánh dấu tham chiếu
Điều này cho phép hệ thống điều khiển phân biệt được vị trí động cơ và vị trí thực tế của máy..
Một trong những chỉ báo hữu ích nhất cho việc định vị động cao là thời gian ổn định.
Giả sử hai cần cẩu xếp chồng đều di chuyển với tốc độ như nhau.
Cần cẩu A tới đích nhưng tiếp tục dao động trong 0,8 giây.
Cần cẩu B tiếp cận mục tiêu và ổn định trong vòng 0,2 giây.
Mặc dù tốc độ di chuyển tối đa của chúng là giống nhau, nhưng Cần trục B có khả năng đạt được thời gian chu kỳ tổng thể ngắn hơn.
Đây là lý do tại sao các kỹ sư AS/RS nên đánh giá:
Thời gian di chuyển
Thời gian tăng tốc
Thời gian giảm tốc
thời gian định vị
Thời gian giải quyết
Thời gian hoạt động của ngã ba
Thời gian truyền tải
thay vì chỉ tập trung vào tốc độ định mức của động cơ.
Giải pháp hiệu quả nhất thường là sự kết hợp của nhiều biện pháp thay vì một công nghệ duy nhất.
Chiến lược chuyển động AS/RS tốc độ cao thực tế có thể bao gồm:
Động cơ servo AC hiệu suất cao
↓
Phản hồi bộ mã hóa độ phân giải cao
↓
Hộp số và quán tính khớp đúng
↓
Tăng/giảm tốc theo đường cong chữ S
↓
Tối ưu hóa mức tăng servo
↓
Ức chế cộng hưởng
↓
Phản hồi định vị bên ngoài
↓
Kiểm soát định vị và giải quyết tốt
Cách tiếp cận cấp hệ thống này giúp cần cẩu xếp chồng đạt được hiệu suất động cao hơn mà không làm tăng ứng suất cơ học một cách không cần thiết.
Công nghệ servo có thể cải thiện phản ứng động của cần cẩu xếp chồng AS/RS, nhưng nó không thể khắc phục hoàn toàn các vấn đề cơ học cơ bản.
Trước khi tăng mức tăng hoặc khả năng tăng tốc của servo, các kỹ sư nên kiểm tra:
Độ cứng của cột
Căn chỉnh đường sắt
Tình trạng bánh xe
Tình trạng ổ trục
Phản ứng dữ dội của hộp số
Căn chỉnh khớp nối
Phân phối tải
Kết nối kết cấu
Chuyển động của cáp
Cộng hưởng cơ học
Nếu rung động chỉ xuất hiện ở một tốc độ cụ thể thì đây có thể là một dấu hiệu hữu ích cho thấy hệ thống đang tiến gần đến cộng hưởng cơ học.
Trong những trường hợp như vậy, giải pháp đúng có thể bao gồm sự kết hợp giữa gia cố cơ học, điều chỉnh cấu hình tốc độ, lọc cộng hưởng và điều chỉnh lại servo..
Một nguyên tắc kỹ thuật hữu ích là:
Độ rung thấp hơn = Độ cứng cơ học phù hợp + Kết hợp quán tính chính xác + Gia tốc được kiểm soát + Điều chỉnh servo được tối ưu hóa + Phản hồi vị trí chính xác
Đối với cần cẩu xếp chồng tốc độ cao, mục tiêu không phải là loại bỏ mọi chuyển động vật lý. Thay vào đó, mục tiêu là kiểm soát phản ứng động đủ tốt để cần trục đến vị trí mục tiêu một cách nhanh chóng, an toàn và lặp lại..
Khi động cơ servo AC được khớp chính xác với tải, hộp số, bộ mã hóa và hệ thống điều khiển của cầu trục, máy có thể đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa tốc độ di chuyển cao, chuyển động mượt mà, độ chính xác định vị và thời gian xử lý ngắn.
Đối với các OEM AS/RS, đây chính là chìa khóa để tăng hiệu suất động mà không chỉ tăng công suất động cơ hoặc buộc cần trục hoạt động vượt quá giới hạn cơ học của nó.
Trước khi mua động cơ servo AC cho cần cẩu xếp chồng, chúng tôi khuyên bạn nên kiểm tra các thông số sau.
Yếu tố lựa chọn |
Đánh giá những gì |
|---|---|
Công suất động cơ |
Nhu cầu năng lượng liên tục và ứng dụng cụ thể |
mô-men xoắn định mức |
Mô-men xoắn hoạt động liên tục |
mô-men xoắn cực đại |
Yêu cầu về tăng tốc và tải nhất thời |
Tốc độ định mức |
Tốc độ di chuyển hoặc nâng cần thiết |
Tốc độ tối đa |
Yêu cầu di chuyển tốc độ cao |
Bộ mã hóa |
Độ phân giải, loại phản hồi, tuyệt đối/tăng dần |
Hộp số |
Tỷ lệ, mô-men xoắn đầu ra, phản ứng ngược, hiệu suất |
Phanh |
Cần thiết cho tải thẳng đứng/treo |
Giao tiếp |
EtherCAT, CANopen, PROFINET, v.v. |
Chế độ điều khiển |
Vị trí, tốc độ, mô-men xoắn hoặc điều khiển kết hợp |
Tăng tốc |
Phản ứng động cần thiết |
Giảm tốc |
Yêu cầu dừng và định vị |
Chu kỳ nhiệm vụ |
Hoạt động liên tục, gián đoạn hoặc chu kỳ cao |
Môi trường |
Nhiệt độ, bụi, độ rung, điều kiện lắp đặt |
Sự an toàn |
STO và các chức năng an toàn dành riêng cho máy |
Nhận xét |
Bộ mã hóa cộng với cảm biến định vị bên ngoài |
Tùy chỉnh |
Trục, mặt bích, cáp, đầu nối, phanh, hộp số |
Động cơ catalog tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng là giải pháp hiệu quả nhất cho cần cẩu xếp chồng.
Nhà sản xuất AS/RS có thể yêu cầu động cơ có:
Mặt bích lắp
Kích thước trục
Giao diện hộp số
Cấu hình phanh
Bộ mã hóa
Ổ cắm cáp
Đầu nối
Giao diện truyền thông
Điện áp định mức
Phạm vi mô-men xoắn
Mức độ bảo vệ
Hướng lắp đặt
Giao diện cơ học đặc biệt quan trọng.
Một động cơ có thể có đủ công suất nhưng vẫn khó lắp đặt vì kích thước lắp đặt hoặc cấu hình trục của nó không phù hợp với hệ thống truyền động hiện có.
Do đó, đối với các dự án OEM, việc tùy chỉnh động cơ có thể giảm bớt công việc thiết kế lại và giúp hệ thống servo dễ dàng tích hợp hơn vào cần trục hoàn chỉnh.
Một sai lầm phổ biến là nghĩ rằng tốc độ cao hơn tự động đồng nghĩa với năng suất cao hơn.
Trong hệ thống AS/RS thực, thông lượng phụ thuộc vào chu trình hoàn chỉnh.
Một chu trình đơn giản hóa có thể bao gồm:
Di chuyển → Giảm tốc → Định vị → Mở rộng càng nâng → Truyền tải → Rút càng nâng → Di chuyển → Nâng → Định vị
Nếu cần cẩu di chuyển nhanh hơn nhưng cần thời gian ổn định lâu ở vị trí mục tiêu thì việc tăng tốc độ về mặt lý thuyết có thể mang lại ít lợi ích thực tế.
Một chiến lược tốt hơn là tối ưu hóa:
Tăng tốc
Giảm tốc
Định vị
Thời gian giải quyết
Chuyển động ngã ba
Đồng bộ hóa thang máy
Chuyển tải
Độ trễ truyền thông
Phản ứng cảm biến
Phối hợp chuyển động
Đây là lý do tại sao điều khiển servo hiệu suất cao lại có giá trị: nó giải quyết hành vi động của toàn bộ chu kỳ chuyển động chứ không chỉ RPM tối đa.
Cần cẩu xếp chồng AS/RS không chỉ thực hiện một chuyển động. Nó phải di chuyển qua lối đi trong kho, nâng tải lên các mức giá khác nhau và kéo dài hoặc thu lại nĩa một cách chính xác để hoàn thành chu trình lưu trữ hoặc truy xuất.
Mặc dù ba chuyển động này là một phần của cùng một máy nhưng yêu cầu về động cơ của chúng là khác nhau. Trục di chuyển ngang ưu tiên khả năng tăng tốc động và dừng chính xác, trục nâng yêu cầu mô-men xoắn cao và khả năng giữ tải đáng tin cậy, trong khi trục càng nâng nhấn mạnh vào sự tích hợp nhỏ gọn và định vị lặp lại.
Vì lý do này, việc chọn một cấu hình động cơ servo AC tiêu chuẩn cho mọi trục không phải lúc nào cũng là phương pháp thực tế nhất. Cấu hình động cơ, hộp số, bộ mã hóa, phanh, dẫn động và chuyển động phải phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng trục.
Trục di chuyển ngang di chuyển cần cẩu dọc theo lối đi chứa hàng. Trong nhiều hệ thống AS/RS tốc độ cao, đây là một trong những trục chuyển động đòi hỏi khắt khe nhất vì động cơ phải tăng tốc cho một khối lượng chuyển động lớn và sau đó đưa cần trục dừng chính xác tại vị trí giá đỡ mục tiêu.
Khối lượng chuyển động có thể bao gồm:
Cột cẩu
Xe tải
Cơ cấu ngã ba
Pallet
Sản phẩm
Cáp và vật mang cáp
Bánh xe
Linh kiện truyền động
Do đó, động cơ servo hành trình cần có đủ mô-men xoắn liên tục và mô-men xoắn cực đại để xử lý cả hoạt động bình thường và khả năng tăng tốc.
Một trình tự du lịch điển hình là:
Dừng lại → Tăng tốc → Di chuyển tốc độ cao → Giảm tốc → Định vị chính xác → Dừng
Mục tiêu không chỉ đơn giản là tối đa hóa tốc độ di chuyển. Cần trục cũng phải giảm thiểu độ rung và thời gian lắng.
Động cơ servo AC phù hợp cho hành trình AS/RS theo chiều ngang có thể yêu cầu:
Mô-men xoắn cực đại cao
Hoạt động tốc độ cao
Phản ứng mô-men xoắn nhanh
Phản hồi bộ mã hóa chính xác
Tăng tốc và giảm tốc mượt mà
Khả năng định vị tốc độ thấp
Hoạt động chu kỳ cao
Khả năng tương thích hộp số
Khả năng phanh tái sinh
Khả năng tương thích truyền thông công nghiệp
Tỷ số hộp số đặc biệt quan trọng. Nó xác định mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và tốc độ bánh xe và ảnh hưởng đến mô-men xoắn đầu ra có sẵn.
Ví dụ, tăng tỷ số giảm tốc có thể tăng mô-men xoắn đầu ra đồng thời giảm tốc độ bánh xe. Do đó, tỷ lệ chính xác phải được tính toán từ tốc độ di chuyển, đường kính bánh xe, tốc độ động cơ, gia tốc và tổng khối lượng chuyển động cần thiết.
Cần cẩu xếp chồng có thể cần dừng ở hàng trăm hoặc hàng nghìn địa điểm lưu trữ. Do đó, việc đạt được tọa độ lối đi chính xác là một phần cơ bản của hiệu suất AS/RS.
Bộ mã hóa cung cấp phản hồi cho bộ điều khiển servo, cho phép hệ thống điều khiển so sánh chuyển động được điều khiển với chuyển động thực tế của động cơ.
Tuy nhiên, vị trí động cơ không nhất thiết phải giống với vị trí cần cẩu..
Các yếu tố cơ học như:
Phản ứng dữ dội của hộp số
Trượt bánh xe
Điều kiện đường sắt
Khe hở khớp nối
Độ lệch kết cấu
Mài mòn cơ học
có thể ảnh hưởng đến vị trí cuối cùng.
Do đó, đối với các hệ thống có độ chính xác cao, phản hồi servo có thể được kết hợp với các công nghệ định vị bên ngoài như đo laze, định vị mã vạch hoặc cảm biến tham chiếu.
Kết quả là một chiến lược định vị theo lớp:
Bộ mã hóa servo → Vị trí động cơ → Truyền cơ khí → Tham chiếu vị trí bên ngoài → Vị trí cần trục thực tế
Điều này đặc biệt hữu ích khi cần trục hoạt động ở tốc độ cao nhưng phải giảm tốc độ và định vị chính xác trước khi càng nâng vào giá đỡ.
Trục nâng có yêu cầu cơ bản khác với chuyển động ngang.
Thay vì di chuyển một khối lượng lớn dọc theo ray nằm ngang, động cơ nâng phải nâng và hạ tải trọng trọng trường..
Điều này có nghĩa là mô-men xoắn và phanh trở nên đặc biệt quan trọng.
Động cơ servo nâng có thể cần phải xử lý:
Trọng lượng pallet tối đa
Tải trọng lượng vận chuyển
Trọng lượng cơ cấu ngã ba
Đối trọng, nếu có
Tốc độ nâng
Tăng tốc
Giảm tốc
Hiệu suất hộp số
Kích thước trống, ròng rọc hoặc bánh xích
Tải trọng lực
Nhiệm vụ liên tục
Mối quan hệ mômen nâng đơn giản có thể được biểu diễn dưới dạng:
T = F × r / η
Ở đâu:
T = mô-men xoắn đầu ra yêu cầu
F = lực nâng
r = bán kính cơ học hiệu quả
η = hiệu suất truyền tải
Tính toán thực tế cũng phải bao gồm mô men tăng tốc, tổn thất cơ học, quán tính và giới hạn kỹ thuật thích hợp.
Trục nâng cần được chú ý thêm vì tải trọng có thể lơ lửng trên mặt đất.
Khi động cơ dừng hoặc mất điện, hệ thống có thể cần phải giữ tải bằng cơ học.
Vì lý do này, động cơ servo nâng có thể được cấu hình với phanh giữ cơ khí.
Hệ thống phanh phải được đánh giá theo:
Tải tối đa
Tỷ lệ hộp số
Cơ chế nâng
Mô-men xoắn giữ cần thiết
Điều kiện dừng
Phản ứng phanh
Kiến trúc an toàn
Cần phân biệt giữa phanh STO và phanh cơ.
Tắt mô-men xoắn an toàn ngăn động cơ tạo ra mô-men xoắn trong các điều kiện an toàn hiện hành, nhưng bản thân STO không được coi là cơ cấu giữ tải cơ học cho tải treo.
Do đó, hệ thống nâng hoàn chỉnh phải giải quyết được vấn đề điều khiển động cơ, phanh cơ học và an toàn máy móc cùng nhau.
Trục nâng không chỉ phải đạt đúng mức giá đỡ; nó phải đến đó một cách suôn sẻ.
Nếu động cơ nâng giảm tốc quá mạnh, nó có thể tạo ra:
Tải xích đu
Cột rung
Sốc cơ học
Chuyển động của pallet
Vị trí vượt quá
Cấu hình tăng tốc và giảm tốc theo đường cong chữ S có thể giúp giảm những thay đổi đột ngột về khả năng tăng tốc.
Một trình tự thực tế có thể là:
Nâng nhanh → Giảm tốc có kiểm soát → Tiếp cận tốc độ thấp → Xác nhận vị trí
Điều này cho phép cần cẩu di chuyển nhanh chóng giữa các tầng giá đỡ trong khi vẫn duy trì chuyển động được kiểm soát trong giai đoạn định vị cuối cùng.
Đối với thiết bị AS/RS hiệu suất cao, sự cân bằng giữa tốc độ và độ ổn định này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chu trình lưu trữ và truy xuất tổng thể.
Trục càng nâng có nhiệm vụ chuyển pallet giữa xe nâng và giá chứa hàng.
Mặc dù cơ cấu càng nâng có thể mang tổng khối lượng nhỏ hơn bản thân cần trục nhưng các yêu cầu về định vị của nó có thể rất khắt khe.
Càng nâng phải mở rộng đến độ sâu chính xác, gắn vào pallet chính xác và rút lại mà không tiếp xúc với cấu trúc giá đỡ.
Do đó, động cơ servo có thể ưu tiên:
Định vị chính xác
Độ lặp lại
Chuyển động mượt mà ở tốc độ thấp
Kích thước nhỏ gọn
Phản hồi tiến/lùi nhanh
Phát hiện giới hạn đáng tin cậy
Khả năng tương thích cơ học
Chuyển động của càng nâng thường xảy ra sau khi cần trục đã đạt đến vị trí nằm ngang và thẳng đứng mục tiêu.
Điều này có nghĩa là độ chính xác của việc định vị càng nâng phụ thuộc một phần vào độ chính xác của trục di chuyển và trục nâng trước đó..
Hãy xem xét một pallet cần được lắp vào vị trí giá đỡ.
Nếu cần trục được định vị không chính xác, càng nâng có thể đi vào sai độ cao hoặc tọa độ ngang.
Nếu nĩa kéo dài quá xa, nó có thể gây trở ngại cho các bộ phận của giá đỡ.
Nếu nó không kéo dài đủ xa, pallet có thể không được chuyển đúng cách.
Do đó, servo càng nâng cần có chuyển động có thể dự đoán được ở cả tốc độ cao và tốc độ thấp.
Một chuyển động ngã ba điển hình có thể được chia thành:
Mở rộng nhanh → Giảm tốc có kiểm soát → Vị trí cuối cùng → Truyền tải → Rút lại có kiểm soát
Cách tiếp cận này cho phép hệ thống giảm tốc độ trước giai đoạn chèn hoặc trích xuất cuối cùng.
Trục |
Chức năng chính |
Yêu cầu chính về servo |
|---|---|---|
Du lịch ngang |
Di chuyển cần cẩu qua lối đi |
Tốc độ cao, tăng tốc, mô-men xoắn cực đại, dừng chính xác |
Nâng dọc |
Tăng và giảm tải |
Mô-men xoắn cao, phanh, kiểm soát độ dốc, phản hồi vị trí |
Cái nĩa |
Chuyển pallet |
Thiết kế nhỏ gọn, khả năng lặp lại, điều khiển tốc độ thấp, đảo chiều nhanh |
Sự so sánh này chứng tỏ tại sao cấu hình servo theo trục cụ thể có thể có giá trị đối với thiết bị AS/RS.
Thông số kỹ thuật động cơ giống nhau có thể không cung cấp sự kết hợp tốt nhất giữa mô-men xoắn, tốc độ, kích thước và hiệu suất điều khiển cho cả ba cơ cấu.
Đối với các nhà sản xuất AS/RS, việc sử dụng nền tảng động cơ servo chung với các cấu hình khác nhau có thể mang lại sự cân bằng thực tế giữa việc tùy chỉnh và tiêu chuẩn hóa.
Ví dụ: nhà sản xuất có thể sử dụng các phiên bản khác nhau của cùng một nền tảng servo cho:
Trục du lịch
Công suất cao hơn
Mô-men xoắn cực đại cao hơn
Hộp số
Hoạt động tốc độ cao
Phản hồi của bộ mã hóa
Trục nâng
Mô-men xoắn liên tục cao hơn
Phanh cơ
Hộp số
Kiểm soát gốc
Phản hồi có độ phân giải cao
Trục ngã ba
Công suất thấp hơn
Kích thước nhỏ gọn
Độ lặp lại định vị cao
Phản hồi tiến/lùi nhanh
Cách tiếp cận này có thể đơn giản hóa việc phát triển sản phẩm trong khi vẫn điều chỉnh động cơ cho phù hợp với từng trục.
Động cơ servo không bao giờ được đánh giá riêng biệt với hệ thống truyền động.
Đối với trục di chuyển, hộp số phải cung cấp đủ mô men xoắn cho bánh xe trong khi duy trì tốc độ di chuyển tối đa cần thiết.
Để nâng, hộp số phải cung cấp đủ mô-men xoắn để nâng tải và làm việc với hệ thống phanh.
Đối với trục càng, bộ truyền động phải cung cấp tốc độ kéo dài cần thiết và độ chính xác định vị mà không có phản ứng dữ dội quá mức.
Các thông số quan trọng của hộp số bao gồm:
Tỷ lệ giảm
Mô-men xoắn đầu ra định mức
Mômen đầu ra cực đại
Phản ứng dữ dội
Hiệu quả
Độ cứng cơ học
Tuổi thọ sử dụng
Kích thước lắp đặt
Hộp số có độ phản ứng thấp có thể đặc biệt hữu ích khi ứng dụng yêu cầu định vị chính xác và thay đổi hướng thường xuyên.
Lựa chọn bộ mã hóa phải dựa trên hệ thống điều khiển chuyển động hoàn chỉnh.
Các thông số liên quan bao gồm:
Nghị quyết
Phản hồi gia tăng hoặc tuyệt đối
Khả năng quay một lượt hoặc nhiều lượt
Giao thức phản hồi
Tốc độ tối đa
Khả năng tương thích của ổ đĩa
Kháng môi trường
Đối với hệ thống AS/RS chu kỳ cao, bộ mã hóa cũng phải phù hợp với môi trường vận hành và thời gian sử dụng dự kiến.
Bộ mã hóa có độ phân giải cao có thể cung cấp cho bộ điều khiển servo thông tin vị trí chi tiết hơn, nhưng độ chính xác tổng thể của máy vẫn phụ thuộc vào hộp số cơ khí và hệ thống định vị bên ngoài.
Ba trục phải hoạt động như một hệ thống phối hợp.
Ví dụ, cần trục không được mở rộng càng nâng cho đến khi trục di chuyển và trục nâng đã đạt đến đúng vị trí.
Do đó, kiến trúc điều khiển có thể sử dụng các mạng công nghiệp như:
EtherCAT
PROFINET
CANopen
EtherNet/IP
Modbus
Giao thức cụ thể phụ thuộc vào PLC, bộ điều khiển chuyển động, bộ điều khiển servo và bộ tích hợp hệ thống.
Giao tiếp nhanh có thể giúp phối hợp:
Vị trí di chuyển + Vị trí nâng + Vị trí càng nâng
Sự phối hợp này là cần thiết để xử lý pallet tự động đáng tin cậy.
Di chuyển và nâng tốc độ cao có thể tạo ra rung động cấu trúc.
Giải pháp nên kết hợp:
Kích thước động cơ chính xác
Lựa chọn hộp số phù hợp
quán tính phù hợp
Cấu hình chuyển động đường cong chữ S
Điều chỉnh mức tăng servo
Ức chế cộng hưởng
Giảm tốc có kiểm soát
Độ cứng cơ học
Phản hồi định vị chính xác
Mục tiêu là giảm thời gian xử lý chứ không chỉ đơn giản là giảm tốc độ tối đa.
Một cần trục di chuyển nhanh nhưng cần thời gian đáng kể để ngừng dao động có thể không mang lại chu kỳ tổng thể ngắn hơn.
Các nhà sản xuất thiết bị AS/RS thường có các yêu cầu khác nhau về cơ cấu di chuyển, nâng và càng nâng.
Tùy chỉnh OEM có thể giải quyết:
Kích thước động cơ
Kích thước trục
Mặt bích lắp
Loại mã hóa
Cấu hình phanh
Tỷ lệ hộp số
Chiều dài cáp
Vị trí đầu nối
Điện áp định mức
Phạm vi mô-men xoắn
Yêu cầu giao tiếp
Ví dụ, động cơ nâng có thể cần phanh trong khi động cơ di chuyển thì không. Động cơ phuộc có thể yêu cầu thân máy nhỏ gọn, trong khi động cơ hành trình có thể ưu tiên mô-men xoắn cực đại.
Việc tùy chỉnh cho phép cấu hình động cơ tuân theo thiết kế của máy thay vì buộc máy phải tuân theo động cơ tiêu chuẩn.
Trước khi chọn động cơ, nhà sản xuất AS/RS nên chuẩn bị dữ liệu ứng dụng.
Quyết tâm:
Tổng khối lượng chuyển động
Tốc độ di chuyển tối đa
Đường kính bánh xe
Tăng tốc
Giảm tốc
Tỷ lệ hộp số
Sức cản đường sắt
Chu kỳ nhiệm vụ
Độ chính xác định vị cần thiết
Quyết tâm:
Tải trọng tối đa
Tải trọng lượng vận chuyển
Tốc độ nâng
Chiều cao nâng
Tăng tốc
Đường kính ròng rọc hoặc trống
Tỷ số truyền
Mô-men xoắn giữ cần thiết
Yêu cầu về phanh
Chu kỳ nhiệm vụ
Quyết tâm:
Khối lượng ngã ba
Tải tối đa
Khoảng cách mở rộng
Tốc độ mở rộng cần thiết
Định vị chính xác
Tần số chu kỳ
Không gian lắp đặt sẵn có
Kiểu truyền động
Thông tin này cho phép nhà cung cấp động cơ đánh giá ứng dụng thực tế thay vì chỉ chọn động cơ chỉ từ công suất định mức.
Đối với các nhà sản xuất AS/RS, JKONGMOTOR có thể cung cấp các giải pháp động cơ servo AC được thiết kế xoay quanh các yêu cầu chuyển động dành riêng cho ứng dụng.
Giải pháp có thể được đánh giá theo yêu cầu của:
Trục du lịch
Trục nâng
Trục ngã ba
Cấu hình OEM có thể bao gồm các cân nhắc như công suất động cơ, mô-men xoắn, kích thước, cấu hình trục, bộ mã hóa, phanh, khớp hộp số, bố trí cáp và khả năng tương thích của hệ thống điều khiển.
Đối với nền tảng AS/RS mới, quy trình phát triển có thể diễn ra như sau:
Phân tích ứng dụng → Lựa chọn động cơ → Thiết kế giao diện cơ khí → Nguyên mẫu → Kiểm tra → Tối ưu hóa → Sản xuất hàng loạt
Cách tiếp cận này cho phép đánh giá mô tơ servo như một phần của hệ thống chuyển động hoàn chỉnh chứ không phải là một thành phần danh mục riêng biệt.
Cần cẩu xếp chồng AS/RS phụ thuộc vào một số trục chuyển động phối hợp và mỗi trục đưa ra các yêu cầu về động cơ servo khác nhau.
Trục di chuyển ngang cần đáp ứng động cao, vận hành tốc độ cao và dừng chính xác. Trục nâng yêu cầu mô-men xoắn cao, chuyển động thẳng đứng được kiểm soát và khả năng giữ tải đáng tin cậy. Trục ngã ba yêu cầu tích hợp nhỏ gọn, chuyển động trơn tru và định vị có độ lặp lại cao.
Vì lý do này, việc điều khiển chuyển động AS/RS hiệu quả dựa trên việc khớp mô tơ servo AC với chức năng cơ học thực tế của từng trục.
Khi công suất động cơ, mô-men xoắn, tỷ số hộp số, bộ mã hóa, phanh, cấu hình chuyển động và kiến trúc điều khiển được phối hợp hợp lý, cần trục xếp chồng có thể đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa tốc độ cao, độ chính xác định vị, vận hành trơn tru, độ tin cậy và thời gian chu kỳ lưu trữ và truy xuất tổng thể.
Đối với các OEM AS/RS, cách tiếp cận thực tế nhất là hợp tác với nhà sản xuất động cơ servo có thể hỗ trợ cả nền tảng servo được tiêu chuẩn hóa và tùy chỉnh OEM dành riêng cho ứng dụng , cho phép các trục di chuyển, nâng và càng nâng được thiết kế theo yêu cầu thực tế của cần trục.
Động cơ cảm ứng thông thường với bộ truyền động tần số thay đổi có thể phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.
Tuy nhiên, các ứng dụng AS/RS đòi hỏi khắt khe có thể yêu cầu điều khiển chuyển động chi tiết hơn.
Yêu cầu |
Động cơ thông thường + VFD |
Hệ thống AC servo |
|---|---|---|
Kiểm soát tốc độ |
Tốt |
Xuất sắc |
Phản hồi vị trí |
Tùy chọn/bên ngoài |
Kiến trúc phản hồi tích hợp |
Phản hồi động |
Ứng dụng phụ thuộc |
Cao |
Định vị tốt |
Khó khăn hơn |
Rất phù hợp |
Tăng tốc/giảm tốc nhanh |
Khả thi |
Khả năng mạnh mẽ |
Phản ứng mô-men xoắn |
Tốt |
Phản ứng năng động cao |
Bù rung |
Phụ thuộc vào ổ đĩa |
Thường có sẵn |
Hồ sơ chuyển động chính xác |
Khả thi |
Khả năng mạnh mẽ |
Định vị chu kỳ cao |
Ứng dụng phụ thuộc |
Rất phù hợp |
Tích hợp với điều khiển chuyển động |
Tốt |
Xuất sắc |
Sự lựa chọn cuối cùng phải dựa trên thiết kế máy hoàn chỉnh. Không phải mọi trục AS/RS đều yêu cầu công nghệ động cơ giống nhau.
Một động cơ có thể có công suất định mức chính xác nhưng vẫn hoạt động kém trong ứng dụng AS/RS.
Động cơ có thể chạy bình thường nhưng gặp khó khăn trong quá trình tăng tốc khi pallet đã được chất đầy.
Động cơ servo có thể trở nên khó điều chỉnh, tạo ra phản hồi động chậm hoặc hoạt động không ổn định.
Cần trục có thể đạt được tốc độ mong muốn nhưng thiếu mômen đầu ra đủ hoặc tạo ra tốc độ quá mức ở bánh xe.
Hệ thống có thể không có đủ độ phân giải phản hồi cho hiệu suất định vị được yêu cầu.
Động cơ có thể đủ mạnh nhưng kết cấu cầu trục có thể rung lắc quá mức.
Trục nâng cần đặc biệt chú ý đến khả năng giữ tải khi mất điện.
Cáp di chuyển dài và chuyển động lặp đi lặp lại của cần cẩu có thể gây ra các vấn đề về lắp đặt và độ tin cậy nếu hệ thống cáp và đầu nối không được chọn phù hợp.
Một cách hữu ích để suy nghĩ về toàn bộ ứng dụng là:
Hiệu suất định vị = Phản hồi của động cơ + Chất lượng phản hồi + Độ chính xác cơ học + Cấu hình chuyển động + Điều chỉnh điều khiển
Và:
Thông lượng = Hiệu suất di chuyển + Tăng tốc + Giảm tốc + Thời gian ổn định + Chu kỳ xử lý tải
Điều này giải thích tại sao chỉ mua một động cơ servo công suất cao hơn không nhất thiết sẽ tạo ra hệ thống AS/RS nhanh hơn.
Động cơ phải được kết hợp chính xác với hệ thống cơ khí và chiến lược điều khiển.
Để đạt được khả năng định vị động cao trong cần cẩu xếp chồng AS/RS không chỉ đơn giản là lắp đặt một động cơ tốc độ cao.
Các hệ thống hoạt động tốt nhất được thiết kế xoay quanh sự tương tác giữa động cơ servo, bộ truyền động servo, bộ mã hóa, hộp số, cấu trúc cơ khí, cảm biến định vị bên ngoài, cấu hình chuyển động và hệ thống điều khiển kho.
Động cơ servo AC cung cấp nền tảng điều khiển động. Bộ mã hóa cung cấp phản hồi. Bộ truyền động điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ. Hộp số chuyển đổi các đặc tính của động cơ thành đầu ra cơ học có thể sử dụng được. Hệ thống định vị xác nhận vị trí vật lý của máy. Cuối cùng, bộ điều khiển chuyển động điều phối chu trình hoàn chỉnh.
Do đó, đối với thiết bị AS/RS tốc độ cao, mục tiêu thiết kế thực tế nhất không phải là tốc độ động cơ tối đa mà là thông lượng hữu ích tối đa với khả năng tăng tốc được kiểm soát, thời gian ổn định ngắn, định vị đáng tin cậy và hoạt động lặp lại.
Đối với các nhà sản xuất cần cẩu xếp chồng OEM, cách tiếp cận cấp hệ thống này có thể tạo ra sự khác biệt giữa một động cơ chỉ di chuyển máy và giải pháp chuyển động servo được thiết kế để lưu trữ và truy xuất tự động năng động cao.
Động cơ servo AC phù hợp phụ thuộc vào trục cầu trục, tải trọng, tốc độ, khả năng tăng tốc, tỷ số truyền, chu kỳ làm việc và yêu cầu định vị. Các trục di chuyển, nâng và càng nâng thường yêu cầu các cấu hình mô-men xoắn, tốc độ, phanh và cơ khí khác nhau.
Động cơ servo AC cung cấp phản hồi động cao, kiểm soát tốc độ chính xác, phản hồi bộ mã hóa và tăng tốc và giảm tốc được kiểm soát . Những đặc điểm này giúp cần cẩu xếp chồng di chuyển nhanh chóng qua lối đi đồng thời đạt được vị trí chính xác tại vị trí lưu trữ mục tiêu.
Trục nâng thường yêu cầu mô-men xoắn cực đại và liên tục cao, phản hồi vị trí chính xác, tăng tốc và giảm tốc có kiểm soát và phanh cơ học phù hợp . Việc lựa chọn động cơ nên xem xét tải trọng tối đa, tốc độ nâng, cơ cấu nâng, tỷ số hộp số, chu kỳ làm việc và yêu cầu giữ tải.
Nĩa phải kéo vào và rút ra khỏi giá một cách chính xác mà không làm hỏng pallet, giá đỡ hoặc cơ cấu xử lý. Động cơ servo cung cấp khả năng định vị lặp lại, chuyển động ở tốc độ thấp được kiểm soát, phản hồi tiến/lùi nhanh và dừng chính xác , những điều này rất quan trọng để chuyển pallet đáng tin cậy.
Về mặt kỹ thuật thì có thể thực hiện được trong một số thiết kế máy, nhưng ba trục thường có yêu cầu vận hành khác nhau. Các cơ cấu di chuyển, nâng và nĩa có thể yêu cầu các cấu hình công suất, mô-men xoắn, tốc độ, hộp số, phanh, bộ mã hóa và lắp đặt khác nhau. Một nền tảng servo chung với các cấu hình dành riêng cho trục có thể cung cấp giải pháp thiết thực.
Hệ thống servo AC sử dụng phản hồi bộ mã hóa để theo dõi chuyển động của động cơ và điều chỉnh vị trí cũng như tốc độ. Tuy nhiên, độ chính xác cuối cùng của cần trục cũng phụ thuộc vào hộp số, hộp số, độ trượt bánh xe, độ cứng cơ học, độ phản ứng ngược, cảm biến định vị bên ngoài và hệ thống điều khiển . Do đó, phản hồi servo nên được coi là một phần của kiến trúc định vị hoàn chỉnh.
Trục nâng có thể yêu cầu phanh giữ cơ học khi thiết kế cần giữ tải treo thẳng đứng khi không có mô-men xoắn của động cơ. Phanh phải được lựa chọn theo tải trọng, hệ thống truyền động, mô-men xoắn giữ cần thiết và thiết kế an toàn của máy. STO và khả năng giữ tải cơ học không được coi là có cùng chức năng.
Rung động có thể được giải quyết thông qua việc định cỡ động cơ và hộp số thích hợp, kết hợp quán tính, tăng tốc và giảm tốc theo đường cong chữ S, điều chỉnh servo, triệt tiêu cộng hưởng, độ cứng cơ học và phản hồi chính xác . Chỉ tăng tốc độ hoặc khả năng tăng tốc của động cơ không nhất thiết cải thiện được thời gian chu trình AS/RS tổng thể.
Đúng. Tùy chỉnh OEM có thể bao gồm kích thước động cơ, cấu hình trục và mặt bích, bộ mã hóa, hộp số, phanh, cáp, đầu nối, mô-men xoắn định mức, tốc độ và các yêu cầu dành riêng cho ứng dụng khác . Việc tùy chỉnh đặc biệt hữu ích khi mô tơ servo phải phù hợp với hệ thống truyền động cần cẩu chuyên dụng.
Thông tin hữu ích nhất bao gồm tổng khối lượng di chuyển, tải trọng tối đa, tốc độ di chuyển, tốc độ nâng, khả năng tăng tốc, giảm tốc, kích thước bánh xe hoặc hộp số, tỷ số hộp số, chu kỳ làm việc, độ chính xác định vị, không gian lắp đặt, yêu cầu bộ mã hóa, yêu cầu phanh và giao thức điều khiển . Dữ liệu ứng dụng chính xác cho phép nhà cung cấp động cơ đánh giá hệ thống chuyển động hoàn chỉnh thay vì chỉ chọn động cơ dựa trên công suất định mức.
