2.6 Исполнительные электромеханизмы

Мировой тенденцией развития любых сложных технических систем является повышение комплектности разработок. При ограниченных временных ресурсах качественную систему можно создать только из уже готовых, функционально законченных модулей. В приводных устройствах такими модулями традиционно являлись электродвигатель, редуктор, система датчиков, при необходимости силовой преобразователь энергии. Стремление к улучшению характеристик приводов, например прецизионных металлорежущих станков, привело к появлению в 60-х годах комплектных электроприводов, в состав которых входит электродвигатель с набором датчиков и силовой преобразователь энергии. Таким образом, число основных модулей было уменьшено до двух: комплектный электродвигатель и редуктор. Необходимо отметить, что у истоков создания российского комплектного электропривода стоит новосибирская школа электропривода (НИИКЭ и НЭТИ - теперь НГТУ). В начале 70-х годов в НГТУ были разработаны и изготовлены первые ЭМ, в которых оба эти модуля интегрированы в единый конструктив.

Начиная с этого времени специалистами НГТУ совместно с рядом новосибирских предприятий ведутся целенаправленные работы по развитию теории ЭМ, их проектированию, изготовлению и применению в промышленности. В мировом машиностроении подобные механизмы начали широко обсуждаться лишь с середины 80-х годов и получили название мехатронных узлов.

Развитие ЭМ (мехатронных узлов) происходит по трем основным направлениям:

1)создание специальных ЭМ для частного применения в том или ином устройстве (клапан, насос, задвижка и др.);

2)создание системы универсальных ЭМ, ориентированных на определенную область применения (станкостроение, общемашиностроительное применение, теплоцентрали и др.);

3)создание технологического оборудования на базе ЭМ. Рассмотрим конкретные примеры компоновок, конструкций и областей применения специальных и универсальных ЭМ, а также их основные параметры.

Прямоходные электромеханизмы Прямоходный ЭМ (рисунок 2.10) представляет собой конструкцию,

Лист

содержащую электродвигатель с полым ротором, передачу винт-гайка, а также набор вспомогательных узлов и датчиков, ориентированный на конкретную область применения. При подаче напряжения на электродвигатель его ротор и жестко скрепленная с ним гайка приходят во вращение, а винт, закрепленный одним концом на рабочем органе, совершает возвратно-поступательное движение. Таким образом, прямоходный ЭМ является электромеханическим аналогом гидроили пневмоци-линдра. В НГТУ разработаны прямоходные ЭМ для различных отраслей промышленности, существенно различающиеся как по своему составу, так и по характеристикам.

Рисунок 2.10 – Компоновка прямоходного электромеханизма: 1 – передача винт-гайка; 2 - ротор электродвигателя; 3 - статор

электродвигателя; 4 - блок вспомогательных устройств; 5 – блок датчиков.

Прямоходный ЭМ для приводов подач металлорежущих станков (МЭПП) содержит электродвигатель постоянного или переменного тока, передачу винт-гайка качения, узел упорных подшипников, а также датчики скорости и положения (рис. 2). ЭМ работает в комплекте с полупроводниковым преобразователем и обеспечивает диапазон регулирования скорости 1:10000, точность позиционирования ± 3 мкм при усилиях на рабочем органе до 10 кН.

В таблице 2.7 приведены основные параметры и размеры МЭПП, а на рисунке 2.12 - возможные кинематические схемы их использования.

Рисунок 2.11 – Внешний вид МЭПП.

Таблица 2.7 – Основные параметры и размеры МЭПП.

Лист

Практическое применение МЭПП нашли в автоматических линиях станкостроительного завода им. С. Орджоникидзе, а также в приводах подач постоянного тока на Дмитровском заводе фрезерных станков (ДЗФС), где гамма станков выпускалась в течение 12-ти лет. При этом повысился технический уровень станков, значительно сократились номенклатура и количество деталей (аннулировано 250 деталей из 1500), на 25 % снизилась трудоемкость изготовления, достигнута степень унификации между моделями от 62 до 90 %, точность обработки возросла в среднем в 1,5 раза.

Рисунок 2.12 - Кинематические схемы использования прямоходных электромеханизмов: а - в режиме двигателя; б - выдвижного типа; в - проходного типа.

Поворотные электромеханизмы.

Поворотный ЭМ содержит электродвигатель, встроенный в рабочий орган изделия, причем выходной элемент ЭМ совершает вращательное движение.

Основные особенности главных приводов металлорежущих станков

— высокое значение максимальной частоты вращения шпинделя (до 5000 мин-1) и требование двухзонного регулирования частоты вращения (внизу диапазона — с постоянным моментом, вверху — с постоянной

Лист

мощностью). Для выполнения этих требований шпиндельная бабка содержит сложную многоступенчатую коробку скоростей.

В НГТУ разработан безредукторный электрошпиндель (рисунок 2.13) содержащий синхронный электродвигатель, ротор которого размещен непосредственно на вращающемся шпинделе, а статор объединен с корпусом шпиндельной бабки; узел укомплектован также датчиками положения и скорости.

Основные параметры: мощность 5,5 кВт; момент 210 Η·м при частоте вращения до 250 мин-1; максимальная частота вращения 5000 мин- 1. Опытный образец электрошпинделя испытан на станке мод. ДФ-320 ДЗФС.

Рисунок 2.13 – Безредукторный электрошпиндель:

1 - инструмент; 2 - шпиндель; 3 - статор; 4 - ротор; 5 - механизм зажима инструмента; 6 - датчики скорости и положения; 7 - корпус электрошпиндсля.

Рисунок 2.14 – Безредукторный поворотный стол:

1 - поворотная часть; 2 - датчик положения; 3 - датчик скорости; 4 - электродвигатель; 5 - тормоз; 6 – основание.

Гамма безредукторных поворотных столов (рисунок 2.14) предназначена для позиционирования и контурной обработки на фрезерных, сверлильных и расточных станках. Столы имеют встроенный электродвигатель, ротор которого жестко связан с планшайбой,

Лист

встроенный блок датчиков состояния двигателя и тормоз, обеспечивающий фиксацию планшайбы в нужном положении. Благодаря жесткому соединению планшайбы с ротором электродвигателя удалось полностью исключить люфт и расширить технологические возможности станка (повысить точность и скорость позиционирования, а также использовать режим контурной обработки).

Общий вид стола.

Другая реализация поворотного стола отличающаяся методом крепления. Одновременно упрощена конструкция стола, уменьшено число

деталей, повышена жесткость. Поворотный стол укомплектован силовым полупроводниковым преобразователем и системой управления, обеспечивающей 4-квад-рантный режим работы. Мелкие партии безредукторных поворотных столов (таблица 2.8) выпускает завод «Тяжстанкогидропресс».

Таблица 2.8 Параметры и размеры безредукторных поворотных столов.