Dziewięć kroków w doborze odpowiedniego napędu

Projektowanie napędów wymaga w pełni strukturalnego podejścia, dobrej znajomości wzorów oraz gruntownego zrozumienia technologii. Są to warunki wstępne do uzyskania idealnego dopasowania napędu do maszyny.

Konstruowanie napędu podejmuje się oczywiście po wstępnym zaprojektowaniu nowej maszyny, ale także w przypadku zmiany wymagań wobec niej bądź w przypadku modernizacji poprzez wprowadzenie nowego napędu. Pozostawianie nadmiernych tolerancji (w górę czy w dół) przynosi nieraz efekt przeciwny do zamierzonego. Jeśli zaprojektowany napęd ma niedostateczną moc, maszyna nie uzyska oczekiwanego poziomu wydajności, a w najgorszym przypadku napęd będzie musiał być wymieniony na mocniejszy. To oznacza poważne straty, gdyż wzrastają nie tylko koszty nabycia, lecz — z powodu słabej sprawności — również koszty operacyjne
w całym okresie eksploatacji. Jednak na czym polega projektowanie napędu? Polega na idealnym dopasowaniu krzywej momentu obrotowego silnika do potrzeb napędzanej maszyny.

• Warunek wstępny: zrozumienie aspektów technicznych

Przy obliczaniu i planowaniu napędu pomocne może być oprogramowanie. Odpowiednie oprogramowanie umożliwia na przykład oszczędność czasu przy analizie wielu wersji. Oferowane przez firmę Bosch Rexroth narzędzie inżynierskie IndraSize umożliwia optymalny wybór silników IndraDyn i napędów IndraDrive po prostu przez wprowadzenie odpowiednich parametrów. Jednak pomimo takiej pomocy technik lub inżynier musi mieć gruntowną znajomość technologii napędu, gdyż tylko wówczas weźmie pod uwagę wszystkie istotne wielkości, a także tylko wtedy rozpozna możliwości optymalizacji napędu. Bez względu na to, czy obliczenia są dokonywane za pomocą oprogramowania czy bez niego, wymagają wykonania następujących dziewięciu jasno określonych kroków.

Prędkość obrotowa w czasie: W tym kroku – na podstawie wymaganej sekwencji ruchów oraz przy uwzględnieniu elementów napędu, takich jak listwa zębata, koło zębate, śruba toczna – oblicza się przebieg prędkości obrotowej w czasie, a stąd średnią prędkość obrotową.

Dane mechaniczne: Następnie dokonuje się przeliczenia wszystkich działających sił na momenty obrotowe oraz wszystkich mas na momenty bezwładności. Jeśli układ napędowy zawiera elementy przekładniowe, takie jak przekładnie zębate czy pasowe, niezbędne jest przeliczenie wszystkich wartości na odpowiednie wartości występujące ma wale silnika.

Krzywa momentu obrotowego: Wielkości określone w krokach 1 i 2 umożliwiają obliczenie wymaganych momentów obrotowych na silniku. Silnik może generować albo absorbować moment obrotowy (działając jako silnik albo generator) w zależności od kierunku przyłożenia sił. W celu określenia obciążenia cieplnego napędu, należy wyznaczyć wartość skuteczną (średniokwadratową) krzywej momentu obrotowego.

Pary wartości moment obrotowy / prędkość obrotowa: Na diagram nanoszone są poszczególne wartości momentu obrotowego i odpowiadające im prędkości obrotowe, a także wartość skuteczna momentu przy prędkości średniej.

• Punkty robocze dla danego zastosowania

Wybór silnika: Na podstawie wartości wyznaczonych jw. wybierany jest silnik, który jest w stanie zapewnić wymagane wartości momentu obrotowego. Następnie należy powtórzyć obliczenia, tym razem z uwzględnieniem momentu bezwładności silnika. Z kolei należy ponownie sprawdzić wybór silnika z uwzględnieniem zwiększonych momentów obrotowych. Procedurę tę powtarza się iteracyjnie.

• Charakterystyka silnika

Wybór przemiennika: Należy wybrać odpowiedni przemiennik lub przekształtnik odpowiadający zapotrzebowaniu silnika na moc. Musi on dostarczać tylko moc faktycznie wymaganą zgodnie z wymaganymi momentami obrotowymi.

• Krzywa silnik/regulator

Wymagania na zasilanie: W systemie modularnym z wieloma przemiennikami zasilanymi z jednego zasilacza napięcia stałego należy obliczyć moc wymaganą przez każdy napęd, a także moc sumaryczną. Obliczenia muszą uwzględniać moc stale dostarczaną i zwracaną, wymaganą wydajność szczytową oraz energię zwracaną.

Dodatkowe elementy szyny DC: Wymagania na moc ze strony dodatkowych elementów, takich jak rezystory hamujące czy dodatkowe kondensatory, są obliczane w taki sam sposób jak w kroku 7.

Podłączenie do sieci i elementy EMC: Następnie należy wybrać ewentualnie potrzebne dławiki i filtry. Na wybór wpływają takie czynniki jak prąd w linii, liczba napędów zasilanych z jednej linii, długość przewodów zasilających silniki oraz pojemności pasożytnicze przewodów i silników.

Zdj. 1. Projektowanie napędu wymaga w pełni strukturalnego podejścia

Wydajność, precyzja, bezpieczeństwo i energooszczędność to cechy charakteryzujące napędy i sterowania firmy Bosch Rexroth, które wprawiają w ruch maszyny i urządzenia każdego formatu. Przedsiębiorstwo posiada szerokie doświadczenie w aplikacjach mobilnych, maszynowych i projektowych, jak również automatyzacji przemysłu. Doświadczenie to wykorzystuje przy opracowywaniu innowacyjnych komponentów, indywidualnych rozwiązań systemowych oraz usług. Bosch Rexroth oferuje swoim klientom kompleksowe rozwiązania z zakresu hydrauliki, napędów elektrycznych i sterowań, przekładni oraz techniki przemieszczeń liniowych i montażu. Przedsiębiorstwo, obecne w ponad 80 krajach, osiągnęło w 2016 roku obroty w wysokości 5 mld euro przy zatrudnieniu na poziomie 29 500 pracowników. Więcej informacji: www.boschrexroth.pl.

Grupa Bosch jest wiodącym w świecie dostawcą technologii i usług. Zatrudnia około 400 500 pracowników na całym świecie (wg danych z 31 grudnia 2017) i wygenerowała w 2017 roku obrót w wysokości 78 mld euro. Firma prowadzi działalność w czterech sektorach: Mobility Solutions, Industrial Technology, Consumer Goods, and Energy and Building Technology. Grupę Bosch reprezentuje spółka Robert Bosch GmbH oraz około 440 spółek zależnych i regionalnych w 60 krajach świata. Z uwzględnieniem dystrybutorów i partnerów serwisowych, Bosch jest obecny w ok. 150 krajach na świecie. Rozwój, produkcja oraz sieć sprzedaży na całym świecie stanowią podstawę dalszego wzrostu przedsiębiorstwa. W roku 2015 Bosch zgłosił ok. 5 400 patentów. Strategicznym celem Grupy Bosch jest dostarczanie rozwiązań dla świata zintegrowanego w internecie. Grupa Bosch zatrudnia 62,500 współpracowników w zakresie badań i rozwoju w 125 miejscach na całym świecie. Innowacyjne produkty i usługi Bosch poprawiają jakość życia, jednocześnie budząc entuzjazm użytkowników. Bosch tworzy technologię, która jest „bliżej nas”.

Więcej informacji: www.bosch.pl, www.bosch-prasa.pl oraz http://twitter.com/BoschPresse.

Kontakt dla czytelników:
mgr inż. Romuald Lis
+48(22) 738 19 41
E-Mail: romuald.lis@boschrexroth.pl
www.boschrexroth.pl