Հայացք առկա տարբեր գծային շարժիչներին և ինչպես ընտրել ձեր կիրառման համար օպտիմալ տեսակը:
Հետևյալ հոդվածը ներկայացնում է մատչելի գծային շարժիչների տարբեր տեսակների ակնարկ, ներառյալ դրանց շահագործման սկզբունքները, մշտական մագնիսների մշակման պատմությունը, գծային շարժիչների և արդյունաբերական հատվածների նախագծման մեթոդները, որոնք օգտագործում են յուրաքանչյուր տեսակի գծային շարժիչ:
Գծային շարժիչի տեխնոլոգիան կարող է լինել՝ գծային ինդուկցիոն շարժիչներ (LIM) կամ մշտական մագնիսական գծային սինխրոն շարժիչներ (PMLSM):PMLSM-ը կարող է լինել երկաթյա միջուկ կամ առանց երկաթի:Բոլոր շարժիչները հասանելի են հարթ կամ խողովակային կոնֆիգուրացիայով:Hiwin-ը գծային շարժիչների նախագծման և արտադրության առաջատարն է արդեն 20 տարի:
Գծային շարժիչների առավելությունները
Գծային շարժիչը օգտագործվում է գծային շարժում ապահովելու համար, այսինքն՝ տվյալ բեռը թելադրված արագացումով, արագությամբ, ճանապարհորդության հեռավորությամբ և ճշգրտությամբ տեղափոխելու համար:Շարժման բոլոր տեխնոլոգիաները, բացառությամբ գծային շարժիչի շարժիչի, մի տեսակ մեխանիկական շարժիչ են՝ պտտվող շարժումը գծային շարժման փոխակերպելու համար:Նման շարժման համակարգերը շարժվում են գնդիկավոր պտուտակներով, գոտիներով կամ դարակով և պինիոնով:Այս բոլոր կրիչների ծառայության ժամկետը մեծապես կախված է մեխանիկական բաղադրիչների մաշվածությունից, որոնք օգտագործվում են պտտվող շարժումը գծային շարժման վերածելու համար և համեմատաբար կարճ է:
Գծային շարժիչների հիմնական առավելությունն առանց մեխանիկական համակարգի գծային շարժում ապահովելն է, քանի որ օդը փոխանցման միջոցն է, հետևաբար գծային շարժիչները հիմնականում առանց շփման շարժիչներ են, որոնք ապահովում են տեսականորեն անսահմանափակ ծառայության ժամկետ:Քանի որ ոչ մի մեխանիկական մաս չի օգտագործվում գծային շարժում ստեղծելու համար, շատ բարձր արագացումներ են հնարավոր արագություններ, որտեղ այլ շարժիչներ, ինչպիսիք են գնդիկավոր պտուտակները, գոտիները կամ դարակը և պինիոնը, լուրջ սահմանափակումների կհանդիպեն:
Գծային ինդուկցիոն շարժիչներ
Նկ 1
Գծային ինդուկցիոն շարժիչը (LIM) առաջինն էր (ԱՄՆ արտոնագիր 782312 – Ալֆրեդ Զեհդեն 1905 թ.):Այն բաղկացած է «առաջնայինից», որը կազմված է էլեկտրական պողպատե շերտերի կույտից և բազմաթիվ պղնձե պարույրներից, որոնք սնվում են եռաֆազ լարման միջոցով, և «երկրորդականից», որը սովորաբար կազմված է պողպատե թիթեղից և պղնձի կամ ալյումինե թիթեղից:
Երբ առաջնային կծիկները լարվում են, երկրորդը մագնիսանում է, և երկրորդական հաղորդիչում ձևավորվում է պտտվող հոսանքների դաշտ:Այս երկրորդական դաշտն այնուհետև փոխազդում է առաջնային հետևի EMF-ի հետ՝ ուժ առաջացնելու համար:Շարժման ուղղությունը կհամապատասխանի Ֆլեմինգի ձախ ձեռքի կանոնին, այսինքն.շարժման ուղղությունը ուղղահայաց կլինի հոսանքի ուղղությանը և դաշտի/հոսքի ուղղությանը:
Նկար 2
Գծային ինդուկցիոն շարժիչներն առաջարկում են շատ ցածր գնի առավելություն, քանի որ երկրորդականը չի օգտագործում մշտական մագնիսներ:NdFeB և SmCo մշտական մագնիսները շատ թանկ են։Գծային ինդուկցիոն շարժիչներն օգտագործում են շատ տարածված նյութեր (պողպատ, ալյումին, պղինձ) իրենց երկրորդական համար և վերացնում են մատակարարման այս ռիսկը:
Այնուամենայնիվ, գծային ինդուկցիոն շարժիչների օգտագործման բացասական կողմը նման շարժիչների համար շարժիչների առկայությունն է:Չնայած մշտական մագնիսական գծային շարժիչների համար կրիչներ գտնելը շատ հեշտ է, գծային ինդուկցիոն շարժիչների համար կրիչներ գտնելը շատ դժվար է:
Նկար 3
Մշտական մագնիս գծային սինխրոն շարժիչներ
Մշտական մագնիսական գծային համաժամանակյա շարժիչները (PMLSM) հիմնականում ունեն նույն առաջնայինը, ինչ գծային ինդուկցիոն շարժիչները (այսինքն՝ մի շարք կծիկներ, որոնք տեղադրված են էլեկտրական պողպատե շերտավոր շերտերի վրա և շարժվում են եռաֆազ լարման միջոցով):Երկրորդականը տարբերվում է.
Պողպատե ափսեի վրա տեղադրված ալյումինի կամ պղնձի ափսեի փոխարեն, երկրորդականը կազմված է մշտական մագնիսներից, որոնք տեղադրված են պողպատե ափսեի վրա:Յուրաքանչյուր մագնիսի մագնիսացման ուղղությունը կփոխվի նախորդի նկատմամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում:
Մշտական մագնիսների օգտագործման ակնհայտ առավելությունը երկրորդականում մշտական դաշտ ստեղծելն է։Մենք տեսանք, որ ինդուկցիոն շարժիչի վրա ուժ է ստեղծվում առաջնային դաշտի և երկրորդային դաշտի փոխազդեցությամբ, որը հասանելի է միայն այն բանից հետո, երբ երկրորդականում ստեղծվել է պտտվող հոսանքների դաշտ՝ շարժիչի օդային բացվածքի միջով:Սա կհանգեցնի ուշացման, որը կոչվում է «սայթաքում» և երկրորդականի շարժում, որը համահունչ չէ առաջնային լարման հետ:
Այդ պատճառով ինդուկցիոն գծային շարժիչները կոչվում են «ասինխրոն»:Մշտական մագնիսական գծային շարժիչի վրա երկրորդական շարժումը միշտ համահունչ կլինի առաջնային լարման հետ, քանի որ երկրորդական դաշտը միշտ հասանելի է և առանց որևէ ուշացման:Այդ պատճառով մշտական գծային շարժիչները կոչվում են «սինխրոն»:
PMLSM-ի վրա կարող են օգտագործվել մշտական մագնիսների տարբեր տեսակներ:Վերջին 120 տարիների ընթացքում յուրաքանչյուր նյութի հարաբերակցությունը փոխվել է։Այսօրվա դրությամբ, PMLSM-ները օգտագործում են կամ NdFeB մագնիսներ կամ SmCo մագնիսներ, բայց ճնշող մեծամասնությունը օգտագործում է NdFeB մագնիսներ:Նկար 4-ը ցույց է տալիս մշտական մագնիսների զարգացման պատմությունը:
Նկար 4
Մագնիսների ուժը բնութագրվում է իր էներգետիկ արտադրանքով Megagauss-Oersteds, (MGOe):Մինչև ութսունականների կեսերը միայն Steel-ը, Ferrite-ը և Alnico-ն էին հասանելի և մատակարարում էին շատ ցածր էներգիայի արտադրանք:SmCo մագնիսները մշակվել են 1960-ականների սկզբին` հիմնվելով Կառլ Ստրնատի և Օլդեն Ռեյի աշխատանքի վրա և հետագայում առևտրայնացվել վաթսունականների վերջին:
Նկար 5
SmCo մագնիսների էներգիայի արտադրանքը սկզբում ավելի քան կրկնակի էր Alnico մագնիսների էներգիայի արտադրանքից:1984 թվականին General Motors-ը և Sumitomo-ն ինքնուրույն մշակեցին NdFeB մագնիսները՝ նեոդինիումի, երկաթի և բորի միացություն:SmCo և NdFeB մագնիսների համեմատությունը ներկայացված է Նկար 5-ում:
NdFeB մագնիսները զարգացնում են շատ ավելի մեծ ուժ, քան SmCo մագնիսները, բայց շատ ավելի զգայուն են բարձր ջերմաստիճանների նկատմամբ:SmCo մագնիսները նույնպես շատ ավելի դիմացկուն են կոռոզիայից և ցածր ջերմաստիճանից, բայց ավելի թանկ են:Երբ աշխատանքային ջերմաստիճանը հասնում է մագնիսի առավելագույն ջերմաստիճանին, մագնիսը սկսում է ապամագնիսանալ, և այս ապամագնիսացումն անշրջելի է:Մագնիսը, որը կորցնում է մագնիսացումը, կհանգեցնի նրան, որ շարժիչը կկորցնի ուժը և չկարողանա բավարարել բնութագրերը:Եթե մագնիսը գործի առավելագույն ջերմաստիճանից ցածր ժամանակի 100%-ով, ապա նրա ուժը կպահպանվի գրեթե անորոշ ժամանակով:
SmCo մագնիսների ավելի բարձր արժեքի պատճառով NdFeB մագնիսները ճիշտ ընտրություն են շարժիչների մեծ մասի համար, հատկապես հաշվի առնելով առկա ավելի մեծ ուժը:Այնուամենայնիվ, որոշ ծրագրերի համար, որտեղ աշխատանքային ջերմաստիճանը կարող է շատ բարձր լինել, նախընտրելի է օգտագործել SmCo մագնիսները՝ առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանից հեռու մնալու համար:
Գծային շարժիչների նախագծում
Գծային շարժիչը սովորաբար նախագծված է վերջավոր տարրերի էլեկտրամագնիսական մոդելավորման միջոցով:Կստեղծվի 3D մոդել, որը կներկայացնի լամինացիայի կույտը, կծիկները, մագնիսները և մագնիսներին սատարող պողպատե թիթեղը:Օդը մոդելավորվելու է շարժիչի շուրջը, ինչպես նաև օդային բացվածքում:Այնուհետև նյութերի հատկությունները մուտքագրվելու են բոլոր բաղադրիչների համար՝ մագնիսներ, էլեկտրական պողպատ, պողպատ, պարույրներ և օդ:Այնուհետև կստեղծվի ցանց՝ օգտագործելով H կամ P տարրերը, և մոդելը կլուծվի:Այնուհետեւ ընթացիկը կիրառվում է մոդելի յուրաքանչյուր կծիկի վրա:
Նկար 6-ը ցույց է տալիս սիմուլյացիայի արդյունքը, որտեղ տեսլայի հոսքը ցուցադրվում է:Մոդելավորման համար հետաքրքրություն ներկայացնող հիմնական ելքային արժեքը, իհարկե, շարժիչ ուժն է և հասանելի կլինի:Քանի որ կծիկների ծայրային պտույտները որևէ ուժ չեն առաջացնում, հնարավոր է նաև 2D մոդելավորում իրականացնել՝ օգտագործելով շարժիչի 2D մոդելը (DXF կամ այլ ձևաչափ), ներառյալ լամինացիաները, մագնիսները և մագնիսներին սատարող պողպատե թիթեղը:Նման 2D սիմուլյացիայի արդյունքը շատ մոտ կլինի 3D մոդելավորմանը և բավականաչափ ճշգրիտ՝ շարժիչ ուժը գնահատելու համար:
Նկար 6
Գծային ինդուկցիոն շարժիչը մոդելավորվելու է նույն կերպ՝ 3D կամ 2D մոդելի միջոցով, սակայն լուծումն ավելի բարդ կլինի, քան PMLSM-ի համար:Դա պայմանավորված է նրանով, որ PMLSM երկրորդականի մագնիսական հոսքը մոդելավորվելու է անմիջապես մագնիսների հատկությունները մուտքագրելուց հետո, հետևաբար միայն մեկ լուծում կպահանջվի ելքային բոլոր արժեքները, ներառյալ շարժիչի ուժը, ստանալու համար:
Այնուամենայնիվ, ինդուկցիոն շարժիչի երկրորդային հոսքը կպահանջի անցողիկ վերլուծություն (նշանակում է մի քանի լուծումներ տվյալ ժամանակային ընդմիջումով), որպեսզի LIM-ի երկրորդականի մագնիսական հոսքը հնարավոր լինի կառուցել և միայն դրանից հետո ուժ ստանալ:Էլեկտրամագնիսական վերջավոր տարրերի սիմուլյացիայի համար օգտագործվող ծրագրակազմը պետք է ունենա անցողիկ վերլուծություն իրականացնելու հնարավորություն:
Գծային շարժիչի փուլ
Նկար 7
Hiwin Corporation-ը գծային շարժիչներ է մատակարարում բաղադրիչի մակարդակով:Այս դեպքում կառաքվեն միայն գծային շարժիչը և երկրորդական մոդուլները:PMLSM շարժիչի համար երկրորդական մոդուլները բաղկացած կլինեն տարբեր երկարությունների պողպատե թիթեղներից, որոնց վերևում կհավաքվեն մշտական մագնիսներ:Hiwin Corporation-ը նաև տրամադրում է ամբողջական փուլեր, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7-ում:
Նման փուլը ներառում է շրջանակ, գծային առանցքակալներ, շարժիչի հիմնական շարժիչը, երկրորդական մագնիսները, կառքը, որը հաճախորդը կցում է իր օգտակար բեռը, կոդավորիչը և մալուխային ուղին:Գծային շարժիչի բեմը պատրաստ կլինի գործարկել առաքման պահից և կհեշտացնի կյանքը, քանի որ հաճախորդը կարիք չի ունենա նախագծել և արտադրել բեմ, որը պահանջում է փորձագիտական գիտելիքներ:
Linear Motor Stage ծառայության ժամկետը
Գծային շարժիչի փուլի ծառայության ժամկետը զգալիորեն ավելի երկար է, քան գոտիով, գնդիկավոր պտուտակով կամ դարակով և պինիոնով շարժվող փուլը:Անուղղակիորեն շարժվող փուլերի մեխանիկական բաղադրիչները, որպես կանոն, առաջին բաղադրիչներն են, որոնք ձախողվում են շփման և մաշվածության պատճառով, որին նրանք անընդհատ ենթարկվում են:Շարժիչի գծային փուլը ուղիղ շարժիչ է, առանց մեխանիկական շփման կամ մաշվածության, քանի որ փոխանցման միջավայրը օդն է:Հետևաբար, միակ բաղադրիչները, որոնք կարող են ձախողվել գծային շարժիչի բեմում, գծային առանցքակալներն են կամ ինքնին շարժիչը:
Գծային առանցքակալները սովորաբար ունեն շատ երկար ծառայության ժամկետ, քանի որ ճառագայթային բեռը շատ ցածր է:Շարժիչի ծառայության ժամկետը կախված կլինի միջին աշխատանքային ջերմաստիճանից:Նկար 8-ը ցույց է տալիս շարժիչի մեկուսացման կյանքը՝ կախված ջերմաստիճանից:Կանոնն այն է, որ ծառայության ժամկետը կրկնակի կնվազի յուրաքանչյուր 10 աստիճան Ցելսիուսի դեպքում, երբ աշխատանքային ջերմաստիճանը բարձր է գնահատված ջերմաստիճանից:Օրինակ, F դասի մեկուսացման շարժիչը կաշխատի 325000 ժամ 120°C միջին ջերմաստիճանի դեպքում:
Հետևաբար, նախատեսվում է, որ շարժիչի գծային փուլը կունենա 50+ տարի ծառայության ժամկետ, եթե շարժիչն ընտրվի պահպանողականորեն, ծառայության ժամկետ, որը երբեք հնարավոր չէ հասնել գոտիով, գնդիկավոր պտուտակով կամ դարակով և պինյոնով շարժվող փուլերով:
Նկար 8
Դիմումներ գծային շարժիչների համար
Գծային ինդուկցիոն շարժիչները (LIM) հիմնականում օգտագործվում են երկար ճանապարհորդության երկարություն ունեցող ծրագրերում և որտեղ շատ մեծ ուժ է պահանջվում՝ զուգակցված շատ բարձր արագությունների հետ:Գծային ինդուկցիոն շարժիչ ընտրելու պատճառն այն է, որ երկրորդականի արժեքը զգալիորեն ցածր կլինի, քան PMLSM-ի օգտագործման դեպքում և շատ բարձր արագությամբ, Գծային ինդուկցիոն շարժիչի արդյունավետությունը շատ բարձր է, ուստի քիչ էներգիա կկորցվի:
Օրինակ՝ EMALS-ը (Էլեկտրամագնիսական արձակման համակարգեր), որն օգտագործվում է ավիակիրների վրա ինքնաթիռներ արձակելու համար, օգտագործում են գծային ինդուկցիոն շարժիչներ:Առաջին նման գծային շարժիչային համակարգը տեղադրվել է USS Gerald R. Ford ավիակրի վրա։Շարժիչը կարող է արագացնել 45000 կգ կշռող ինքնաթիռը 240 կմ/ժ արագությամբ 91 մետրանոց ուղու վրա։
Զվարճանքի այգում զբոսանքի ևս մեկ օրինակ:Այս համակարգերից մի քանիսի վրա տեղադրված գծային ինդուկցիոն շարժիչները կարող են 3 վայրկյանում արագացնել 0-ից մինչև 100 կմ/ժ արագություն շատ բարձր բեռների վրա:Գծային ինդուկցիոն շարժիչի փուլերը կարող են օգտագործվել նաև RTU-ներում (Ռոբոտների տրանսպորտային միավորներ):RTU-ների մեծ մասը օգտագործում է դարակաշար և պինիոն կրիչներ, սակայն գծային ինդուկցիոն շարժիչը կարող է առաջարկել ավելի բարձր կատարողականություն, ավելի ցածր արժեք և շատ ավելի երկար ծառայության ժամկետ:
Մշտական մագնիս սինխրոն շարժիչներ
PMLSM-ները սովորաբար կօգտագործվեն շատ ավելի փոքր հարվածներով, ավելի ցածր արագություններով, բայց բարձրից շատ բարձր ճշգրտությամբ և ինտենսիվ աշխատանքային ցիկլերով հավելվածներում:Այս հավելվածների մեծ մասը գտնվում է AOI (Automated Optical Inspection), կիսահաղորդչային և լազերային մեքենաների արդյունաբերություններում:
Շարժիչով շարժվող գծային փուլերի ընտրությունը (ուղիղ շարժիչ) ապահովում է կատարողականության զգալի առավելություններ անուղղակի շարժիչների նկատմամբ (փուլեր, որտեղ գծային շարժումը ձեռք է բերվում պտտվող շարժումը փոխակերպելով), երկարատև նախագծման համար և հարմար է բազմաթիվ ոլորտների համար:
Հրապարակման ժամանակը՝ Փետրվար-06-2023