Munurinn á hreyfikerfum á graníti og samþættum graníti

Val á hentugasta línulega hreyfipallinum úr graníti fyrir tiltekið forrit fer eftir fjölda þátta og breytna. Það er mikilvægt að viðurkenna að hvert og eitt forrit hefur sínar einstöku kröfur sem þarf að skilja og forgangsraða til að finna árangursríka lausn hvað varðar hreyfipall.

Ein af algengustu lausnunum felst í því að festa staka staðsetningarpalla á granítgrind. Önnur algeng lausn samþættir íhlutina sem mynda hreyfiásana beint í granítið sjálft. Að velja á milli palls á graníti og samþætts graníthreyfipalls (IGM) er ein af fyrstu ákvörðununum sem þarf að taka í valferlinu. Það er skýr munur á þessum tveimur lausnategundum og auðvitað hefur hvor sína kosti - og fyrirvara - sem þarf að skilja vandlega og íhuga.

Til að veita betri innsýn í þetta ákvarðanatökuferli metum við muninn á tveimur grundvallarhönnunum á línulegum hreyfipöllum — hefðbundinni lausn á graníti og IGM-lausn — bæði frá tæknilegu og fjárhagslegu sjónarhorni í formi dæmisrannsóknar á vélrænum legum.

Bakgrunnur

Til að kanna líkt og ólíkt á milli IGM kerfa og hefðbundinna stig-á-granít kerfa, bjuggum við til tvær prófunartilvikshönnanir:

• Vélræn legur, stig-á-granít
• Vélræn legur, IGM

Í báðum tilvikum samanstendur hvort kerfi af þremur hreyfiöxum. Y-ásinn býður upp á 1000 mm hreyfifærni og er staðsettur á grunni granítbyggingarinnar. X-ásinn, sem er staðsettur á brú samsetningarinnar með 400 mm hreyfifærni, ber lóðrétta Z-ásinn með 100 mm hreyfifærni. Þessi uppröðun er sýnd með myndrænum hætti.

Fyrir hönnunina með granítpalli völdum við breiðan PRO560LM pall fyrir Y-ásinn vegna meiri burðargetu hans, sem er algengt í mörgum hreyfiforritum sem nota þessa „Y/XZ split-brú“ uppsetningu. Fyrir X-ásinn völdum við PRO280LM, sem er almennt notaður sem brúarás í mörgum forritum. PRO280LM býður upp á hagnýtt jafnvægi milli stærðar sinnar og getu til að bera Z-ás með farmi viðskiptavinar.

Fyrir IGM hönnunina endurtókum við nákvæmlega grundvallarhugtök hönnunar og uppsetningar ofangreindra ása, en aðalmunurinn er sá að IGM ásarnir eru smíðaðir beint inn í granítmannvirkið og því skortir þær vélrænu íhlutagrunna sem eru til staðar í hönnuninni „stage-on-granite“.

Algengt í báðum hönnunartilfellunum er Z-ásinn, sem var valinn sem PRO190SL kúluskrúfudrifinn áfangi. Þetta er mjög vinsæll ás til notkunar í lóðréttri stefnu á brú vegna mikils burðargetu og tiltölulega netts forms.

Mynd 2 sýnir sérstök stig-á-granít og IGM kerfi sem rannsökuð voru.

Tæknileg samanburður

IGM kerfi eru hönnuð með ýmsum aðferðum og íhlutum sem eru svipaðir þeim sem finnast í hefðbundnum stigum á granít hönnun. Þar af leiðandi eru fjölmargir tæknilegir eiginleikar sameiginlegir milli IGM kerfa og stiga á granít kerfa. Aftur á móti býður samþætting hreyfiásanna beint inn í granítbygginguna upp á nokkra aðgreinandi eiginleika sem aðgreina IGM kerfi frá stigum á granít kerfum.

Formþáttur

Kannski byrjar augljósasta líkindin með grunni vélarinnar — granítinu. Þó að munur sé á eiginleikum og vikmörkum milli hönnunar úr graníti og IGM, þá eru heildarvíddir granítgrunnsins, risanna og brúarinnar jafngildar. Þetta er fyrst og fremst vegna þess að nafn- og takmörkunarferlar eru eins milli hönnunar úr graníti og IGM.

Byggingarframkvæmdir

Skortur á ásgrunni með vélrænum íhlutum í hönnun IGM hefur ákveðna kosti fram yfir lausnir þar sem stig er byggt á graníti. Einkum hjálpar fækkun íhluta í burðarlykkju IGM til við að auka heildarstífleika ásanna. Það gerir einnig kleift að stytta fjarlægðina milli granítgrunnsins og efra yfirborðs vagnsins. Í þessu tilviki býður hönnun IGM upp á 33% lægri vinnuhæð (80 mm samanborið við 120 mm). Þessi minni vinnuhæð gerir ekki aðeins kleift að hanna vélarnar betur, heldur dregur hún einnig úr frávikum vélarinnar frá mótor og kóðara að vinnupunktinum, sem leiðir til minni Abbe-villna og þar með bættrar staðsetningargetu vinnupunktsins.

Áshlutir

Þegar litið er dýpra í hönnunina koma í ljós að lausnirnar „stage-on-granite“ og „IGM“ deila nokkrum lykilþáttum, svo sem línulegum mótora og staðsetningarkóðara. Sameiginlegt val á kraftbreytum og segulbrautum leiðir til jafngóðrar kraftúttaksgetu. Á sama hátt veitir notkun sömu kóðara í báðum hönnunum eins fína upplausn fyrir staðsetningarendurgjöf. Þar af leiðandi er línuleg nákvæmni og endurtekningarhæfni ekki marktækt frábrugðin lausnunum „stage-on-granite“ og „IGM“. Svipuð íhlutauppsetning, þar á meðal leguraðskilnaður og vikmörk, leiðir til sambærilegrar frammistöðu hvað varðar rúmfræðilegar villuhreyfingar (þ.e. lárétta og lóðrétta beinu braut, halla, veltingu og girðingu). Að lokum eru stuðningsþættir beggja hönnunanna, þar á meðal kapalstjórnun, rafmagnstakmarkanir og harðstoppar, í grundvallaratriðum eins í virkni, þó þeir geti verið nokkuð mismunandi í útliti.

Legur

Fyrir þessa tilteknu hönnun er einn helsti munurinn val á línulegum leiðarlegum. Þó að endurhringlaga kúlulegur séu notaðar bæði í stigbundnum granítkerfum og IGM kerfum, gerir IGM kerfið það mögulegt að fella stærri og stífari legur inn í hönnunina án þess að auka vinnuhæð ássins. Þar sem IGM hönnunin byggir á granítinu sem grunni, öfugt við sérstakan grunn með vélrænum íhlutum, er mögulegt að endurheimta hluta af lóðréttu rými sem annars myndi fara í vélrænan grunn og í raun fylla þetta rými með stærri legum en samt minnka heildarhæð vagnsins fyrir ofan granítið.

Stífleiki

Notkun stærri lega í IGM hönnuninni hefur djúpstæð áhrif á hornstífleika. Í tilviki neðri ássins (Y) með breiðu yfirborði býður IGM lausnin upp á yfir 40% meiri veltistífleika, 30% meiri hallastífleika og 20% ​​meiri kjálkastífleika en samsvarandi hönnun úr graníti. Á sama hátt býður brú IGM upp á fjórfalda aukningu á veltistífleika, tvöfalda hallastífleika og meira en 30% meiri kjálkastífleika en hönnun úr graníti. Meiri hornstífleiki er kostur þar sem hann stuðlar beint að bættri afköstum, sem er lykillinn að því að auka afköst vélarinnar.

Burðargeta

Stærri legur IGM lausnarinnar leyfa mun meiri burðargetu en lausn með stigi á graníti. Þó að grunnás PRO560LM stigs á graníti lausninni hafi burðargetu upp á 150 kg, þá getur samsvarandi IGM lausn borið 300 kg farm. Á sama hátt styður brúarás PRO280LM stigs á graníti 150 kg, en brúarás IGM lausnarinnar getur borið allt að 200 kg.

Að færa massa

Þó að stærri legurnar í IGM ásunum með vélrænum legum bjóði upp á betri horneiginleika og meiri burðargetu, þá fylgja þeim einnig stærri og þyngri vagnar. Að auki eru IGM vagnarnir hannaðir þannig að ákveðnir vélrænir eiginleikar sem nauðsynlegir eru fyrir ás með granítbyggingu (en eru ekki krafist af IGM ás) eru fjarlægðir til að auka stífleika hluta og einfalda framleiðslu. Þessir þættir þýða að IGM ásinn hefur meiri hreyfanlegan massa en samsvarandi ás með granítbyggingu. Óumdeilanlegur galli er sá að hámarkshröðun IGM ásins er minni, að því gefnu að mótorkrafturinn sé óbreyttur. Samt sem áður, í vissum aðstæðum, getur stærri hreyfanlegi massi verið kostur þar sem meiri tregða hans getur veitt meiri mótstöðu gegn truflunum, sem getur tengst aukinni stöðugleika í stöðu.

Byggingarfræðileg hreyfifræði

Meiri stífleiki legu IGM kerfisins og stífari vagn veita viðbótarávinning sem kemur í ljós eftir að hugbúnaðarpakka fyrir endanlega þáttagreiningu (FEA) er notaður til að framkvæma stillingargreiningu. Í þessari rannsókn skoðuðum við fyrstu ómskoðun hreyfanlegs vagns vegna áhrifa hennar á servóbandvídd. PRO560LM vagninn mætir ómskoðun við 400 Hz, en samsvarandi IGM vagn upplifir sama stillingu við 430 Hz. Mynd 3 sýnir þessa niðurstöðu.

Hærri ómun IGM-lausnarinnar, samanborið við hefðbundna stig-á-granít, má að hluta til rekja til stífari vagns og legunnar. Hærri ómun vagnsins gerir það mögulegt að fá meiri servóbandvídd og þar með betri afköst.

Rekstrarumhverfi

Þéttleiki ássins er næstum alltaf nauðsynlegur þegar mengunarefni eru til staðar, hvort sem þau myndast við ferli notandans eða eru á annan hátt til staðar í umhverfi vélarinnar. Lausnir með granít-á-stigi eru sérstaklega hentugar í þessum aðstæðum vegna þess hve ásinn er í eðli sínu lokaður. Til dæmis eru línuleg stig í PRO-seríunni búin hörðum lokum og hliðarþéttingum sem vernda innri íhluti stigsins gegn mengun að hæfilegu marki. Þessi stig geta einnig verið stillt með valfrjálsum borðþurrkum til að sópa rusl af efri hörðu lokinu þegar stiginn færist á ferðina. Hins vegar eru IGM hreyfipallar í eðli sínu opnir að eðlisfari, þar sem legur, mótorar og kóðarar eru berskjaldaðir. Þótt þetta sé ekki vandamál í hreinni umhverfi getur þetta verið vandasamt þegar mengun er til staðar. Hægt er að taka á þessu vandamáli með því að fella sérstaka belgslíka leiðarloku inn í IGM áshönnun til að veita vörn gegn rusli. En ef belgurinn er ekki rétt útfærður getur hann haft neikvæð áhrif á hreyfingu ásins með því að beita ytri kröftum á vagninn þegar hann hreyfist í gegnum allt hreyfisvið sitt.

Viðhald

Þjónustuver er aðgreinandi þáttur á milli hreyfipalla á graníti og IGM. Línulegir mótorásar eru vel þekktir fyrir endingu sína, en stundum er nauðsynlegt að framkvæma viðhald. Ákveðin viðhaldsaðgerð er tiltölulega einföld og hægt er að framkvæma án þess að fjarlægja eða taka í sundur viðkomandi ás, en stundum þarf ítarlegri niðurrif. Þegar hreyfipallinn samanstendur af aðskildum pallum sem festir eru á granít, er viðhald tiltölulega einfalt verkefni. Fyrst skal taka pallinn af granítinu, síðan framkvæma nauðsynleg viðhaldsvinnu og setja hann aftur upp. Eða einfaldlega skipta honum út fyrir nýjan pall.

Lausnir IGM geta stundum verið krefjandi við viðhald. Þó að það sé mjög einfalt að skipta um eina segulbraut línumótorsins í þessu tilfelli, þá fela flóknara viðhald og viðgerðir oft í sér að taka í sundur marga eða alla íhluti sem mynda ásinn, sem er tímafrekara þegar íhlutir eru festir beint á granít. Það er líka erfiðara að stilla granításana saman eftir viðhald - verkefni sem er mun einfaldara með aðskildum stigum.

Tafla 1. Yfirlit yfir grundvallar tæknilegan mun á vélrænum burðarlausnum úr graníti og IGM lausnum.

Efnahagslegur samanburður

Þó að heildarkostnaður hvers hreyfikerfa sé breytilegur eftir ýmsum þáttum, þar á meðal ferðalengd, nákvæmni ásanna, burðargetu og hreyfigetu, benda hlutfallslegar samanburðir á sambærilegum IGM og stig-á-granít hreyfikerfum, sem framkvæmdir voru í þessari rannsókn, til þess að IGM lausnir geti boðið upp á meðal- til mikla nákvæmni hreyfingu á tiltölulega lægra verði en hliðstæður þeirra úr stigi-á-granít.

Efnahagsrannsókn okkar samanstendur af þremur grundvallarkostnaðarþáttum: vélahlutum (þar með taldar bæði framleiddar og keyptar íhlutir), granítsamsetningu og vinnu og rekstrarkostnaði.

Vélarhlutir

IGM-lausn býður upp á umtalsverðan sparnað samanborið við granítlausn hvað varðar vélahluti. Þetta er fyrst og fremst vegna þess að IGM skortir flókið vélræna pallborðsgrindur á Y- og X-öxlunum, sem eykur flækjustig og kostnað við granítlausnirnar. Ennfremur má rekja sparnaðinn til hlutfallslegrar einföldunar á öðrum vélrænum hlutum í IGM-lausninni, svo sem hreyfanlegum vagnum, sem geta haft einfaldari eiginleika og nokkuð slakari vikmörk þegar þeir eru hannaðir til notkunar í IGM-kerfi.

Granítsamsetningar

Þó að granítgrunnur, riser og brúarsamstæðurnar í bæði IGM og stig-á-granít kerfunum virðist hafa svipaða lögun og útlit, þá er IGM granítsamsetningin örlítið dýrari. Þetta er vegna þess að granítið í IGM lausninni kemur í stað vélrænna stiggrunna í stig-á-granít lausninni, sem krefst þess að granítið hafi almennt þrengri vikmörk á mikilvægum svæðum, og jafnvel viðbótareiginleika, svo sem útpressaðar skurðir og/eða skrúfganga úr stáli, til dæmis. Hins vegar, í okkar tilviksrannsókn, er aukin flækjustig granítbyggingarinnar meira en vegað upp á móti einföldun í vélhlutum.

Vinna og yfirkostnaður

Vegna þess hve líkt er í samsetningu og prófun bæði IGM og stigs-á-granít kerfum er enginn marktækur munur á vinnuafli og kostnaði.

Þegar allir þessir kostnaðarþættir eru sameinaðir er sértæka IGM-lausnin með vélrænum burðarefnum sem skoðuð var í þessari rannsókn um það bil 15% ódýrari en lausnin með vélrænum burðarefnum og graníti á stigi.

Að sjálfsögðu ráðast niðurstöður efnahagsgreiningarinnar ekki aðeins af eiginleikum eins og ferðalengd, nákvæmni og burðargetu, heldur einnig af þáttum eins og vali á granítbirgja. Þar að auki er skynsamlegt að taka tillit til flutnings- og flutningskostnaðar sem fylgir því að kaupa granítbyggingu. Sérstaklega gagnlegt fyrir mjög stór granítkerfi, þó það eigi við um allar stærðir, að velja hæfan granítbirgja í nágrenni við staðsetningu lokasamsetningar kerfisins getur einnig hjálpað til við að lágmarka kostnað.

Einnig skal tekið fram að þessi greining tekur ekki tillit til kostnaðar eftir innleiðingu. Til dæmis, gerum ráð fyrir að það þurfi að þjónusta hreyfikerfið með því að gera við eða skipta um hreyfiás. Hægt er að þjónusta stigakerfi á graníti með því einfaldlega að fjarlægja og gera við/skipta um viðkomandi ás. Vegna mátbyggðari stigahönnunar er hægt að gera þetta tiltölulega auðveldlega og hraðar, þrátt fyrir hærri upphafskostnað kerfisins. Þó að almennt sé hægt að fá IGM kerfi á lægra verði en stigakerfi á graníti, geta þau verið erfiðari í sundur og viðhaldi vegna samþættrar eðlis smíðinnar.

Niðurstaða

Ljóst er að hver gerð hreyfikerfishönnunar — sviðs-á-graníti og IGM — getur boðið upp á mismunandi kosti. Hins vegar er ekki alltaf augljóst hver er besti kosturinn fyrir tiltekna hreyfiforritun. Þess vegna er mjög gagnlegt að eiga í samstarfi við reyndan birgja hreyfi- og sjálfvirknikerfa, eins og Aerotech, sem býður upp á sérstaklega notkunarmiðaða, ráðgefandi nálgun til að kanna og veita verðmæta innsýn í valkosti við krefjandi hreyfistýringar- og sjálfvirkniforrit. Að skilja ekki aðeins muninn á þessum tveimur gerðum sjálfvirknilausna, heldur einnig grundvallarþætti vandamálanna sem þær þurfa að leysa, er lykillinn að velgengni við að velja hreyfikerfi sem tekur bæði á tæknilegum og fjárhagslegum markmiðum verkefnisins.

Frá AEROTECH.