Электронные роботы

Мехатронные решения в подшипниковых узлах

Бытовые роботы - Коммуникационные роботы

Мехатроника – это новое направление развития науки и техники, ориентированное на создание и эксплуатацию автоматических и автоматизированных машин и систем с компьютерным (микропроцессорным) управлением их движением. Основной задачей мехатроники является разработка и создание высокоточных, высоконадежных и многофункциональных систем управления сложными динамическими объектами. Целью статьи является анализ возможности применения ASB® подшипников компании SNR в электроприводе арматуры трубопроводов.

SNR является крупнейшим в мировой подшипниковой отрасли разработчиком и изготовителем мехатронных устройств, которые нашли широкое применение в области машиностроения, авиастроения и промышленности.

Стартовой площадкой для развития новых мехатронных устройств от SNR стала широко используемая в автомобилестроении технология ASB® (Active Sensor Bearing). Уникальной особенностью устройств ASB® является то, что они представляют собой особый подшипник с микропроцессорным управлением, содержащий в себе кроме датчика скорости вращения еще и датчик температуры. Есть сведения также о том, что с помощью этого мехатронного модуля могут измеряться амплитуды вибрации. Это позволяет сделать подшипниковый узел любого электропривода более функциональным, расширить его возможности и область применения.

Существует два варианта подшипников ASB®:

· подшипник и блок ASB® в едином корпусе ;

· отдельный блок ASB® на основе стандартного подшипника.

Первый вариант в основном используется для массового производства. Его преимущество – простота монтажа. Недостатки: сравнительно высокая стоимость.

Второй вариант SNR рекомендуется для среднесерийного или мелкосерийного производства. Теоретически такой блок ASB® может быть разработан для любого стандартного подшипника или любой другой детали или узла, где только можно применять данные блоки. На практике же все не так просто. Большую роль играет качество подшипника, так как работа блока должна быть адаптирована под конкретные условия. Вариант адаптации блока ASB® под определенные подшипниковые стандарты не дает 100% совместимости. Например, если блок подготовлен для использования со стандартным подшипником какой-то определенной марки (например, SNR), то это еще не факт, что он будет работать с подшипником другой марки (например, ГПЗ-1), несмотря на то, что они выпускаются по близким стандартам. Это пока затрудняет применение блоков ASB® с российскими подшипниками. Его недостатками являются:

Возможная “несовместимость” из-за неточности изготовления подшипника (например, блок может болтаться или вообще не войти в подшипник);

Возможный разброс диаметров тел качения у подшипников одного и того же типоразмера у разных производителей. Это может повлиять на магнитное поле, а значит, может привести к неточности измерения скорости вращения.

Поэтому пока наиболее подходящими решениями являются моноблочные подшипники, предлагаемые SNR.

Подшипник Sensor Line® включает в себя кодировщик и сенсор. Сенсор реализован с использованием эффекта Холла. Расположенный в центре движения, датчик Sensor Line® передаёт информацию об угловом смещении и скорости вращения в течение более 32 периодов за один оборот. Таким образом, объединяются функции подшипника и измерительного устройства, что положительно сказывается на компактности подшипника и оборудования в целом, обеспечивая при этом конкурентоспособную цену по отношению к стандартным решениям (например, на основе оптических сенсоров).

Sensor Line Encoder®  включает в себя:

· запатентованное многодорожечное (двухдорожечное) и многополюсное магнитное кольцо, генерирующее магнитное поле определённой формы;

· специальный электронный компонент MPS32XF преобразует информацию об изменении магнитного поля в цифровой сигнал. Sensor Line Encoder® может достигать разрешения 4096 импульсов за один оборот с радиусом чтения всего 15 мм, обеспечивая точность позиционирования более, чем 0,1°.

Таким образом, кодировщик Sensor Line® во многих случаях может заменить стандартное оптическое кодирующее устройство, при этом придавая измерительному блоку дополнительные функции.

Кодировщик Sensor Line® может обеспечить получение следующих данных с высокой точностью и надёжностью:

§ угловое положение,

§ скорость,

§ направление вращения,

§ количество оборотов,

§ температуру.

Такой измерительный блок, встроенный в подшипник, оказывается перспективным для применения в интеллектуальном электроприводе, предназначенном для многофункционального управления запорно-регулирующего арматурой (ЗРА) магистральных трубопроводов Сибири. На этой территории, как в прочем, и на всей территории РФ электропривод работает в экстремальных погодных условиях. Для работы в этих условиях необходимы специальные подшипники, работающие в экстремальных условиях. Ими могут быть подшипники SNR серии LT. Эти подшипники разработаны для работы в условиях низких температур (до - 60 °С).

Они обладают следующими преимуществами:

· подшипники закрыты специальными низкотемпературными уплотнениями и защитными шайбами (ZZ);

· радиальный зазор С3 обеспечивает компенсацию температурных расширений;

· используется стальной сепаратор

· специальная смазка, обеспечивает работу при низких температурах и во влажной атмосфере.

В качестве варианта применения ASB® подшипника может быть интеллектуальный электропривод типа ЭВИМТА с электронным блоком управления “ESD-VC-5,5-01”. Он оснащен полным набором функций открытия – закрытия ЗРА по различным законам движения, точной остановкой в заданном положении, формированием и контролем заданного крутящего момента. Это обеспечивает надежную работу электродвигателя при понижении или повышении напряжения сети питания на величину, значительно большую стандартных допусков (до 70%); при обрыве одной из фаз сети; при перекосе фаз электродвигателя; позволяет осуществить высокоточную остановку рабочего звена в заданном положении; позволяет настраивать дистанционно (не вскрывая привод) следующие параметры:

· закон движения на открытие, закрытие;

· крайние и промежуточные положения ЗРА;

· величину крутящего момента на открытие и закрытие ЗРА при пуске, движении, остановке.

Для управления ЗРА в этих электроприводах используются электронные блоки управления, позволяющие определять скорость, угловое положение, момент электродвигателя по его внутренним параметрам. Все это может быть решено на основе интеллектуальных подшипников. Их использование позволит с высокой точностью и надежностью контролировать положение запорного звена арматуры. Электронная компонента MPS32XF позволит кодировать сигналы в информацию для передачи по полевой шине CAN, что делает ее доступной удаленным устройствам централизованной диспетчеризации.

Таким образом, объединение функции подшипника и измерительного устройства в одном блоке, положительно скажется на экономических показателях, компактности и надежности электропривода ЗРА.