Do jakich zastosowań nadają się silniki krokowe hamulcowe?

W urządzeniach automatyki i systemach precyzyjnego sterowania ruchem silniki krokowe muszą nie tylko zapewniać dokładne pozycjonowanie, ale także utrzymywać swoje pozycje po zatrzymaniu lub wyłączeniu zasilania.

Standardowy silnik krokowy opiera się na elektromagnetycznym momencie trzymającym, aby utrzymać swoją pozycję podczas zasilania. Po wyłączeniu zasilania ten moment trzymający znika, a zewnętrzne obciążenia mogą spowodować obrót wału silnika.

Aby rozwiązać ten problem, silniki krokowe z hamulcem są szeroko stosowane w zastosowaniach wymagających niezawodnego utrzymania pozycji.

Ale jak działa silnik krokowy z hamulcem? Do jakich zastosowań się nadaje? I co należy wziąć pod uwagę przy jego wyborze?

Silnik krokowy z hamulcem to silnik krokowy wyposażony w dodatkowy mechanizm hamulcowy. Jego główną funkcją jest mechaniczne blokowanie wału silnika po zatrzymaniu lub utracie zasilania, zapobiegając niepożądanym ruchom spowodowanym przez grawitację lub siły zewnętrzne.

Najczęściej silniki krokowe z hamulcem wykorzystują elektromagnetyczny mechanizm hamulcowy uruchamiany sprężyną.

Zasada działania jest następująca:

• Zasilanie WŁĄCZONE – Hamulec Zwolniony:Gdy cewka hamulca jest zasilana, siła elektromagnetyczna zwalnia hamulec, umożliwiając normalny obrót wału silnika.

• Zasilanie WYŁĄCZONE – Hamulec Zaciśnięty:Po odłączeniu zasilania od cewki hamulca wewnętrzna sprężyna dociska tarczę cierną do powierzchni hamującej, zaciskając hamulec.

• Utrzymanie Pozycji:Hamulec pozostaje zaciśnięty bez zasilania elektrycznego, pomagając zapobiegać obrotowi wału wyjściowego pod wpływem obciążeń zewnętrznych.

Taka konstrukcja jest powszechnie znana jako hamulec uruchamiany sprężyną, zwalniany elektrycznie.

Należy pamiętać, że ten typ hamulca jest przeznaczony głównie do statycznego blokowania, a nie do częstego, dynamicznego zatrzymywania przy wysokich prędkościach. W normalnych warunkach pracy hamulec powinien zostać zwolniony przed rozpoczęciem obrotu silnika.

Silniki krokowe z hamulcem są szczególnie odpowiednie do urządzeń obejmujących obciążenia pionowe, utrzymanie pozycji po wyłączeniu zasilania lub zastosowań wymagających dodatkowej ochrony przed nieoczekiwanym ruchem.

Systemy podnoszenia pionowego są jednymi z najczęstszych zastosowań silników krokowych z hamulcem.

Przykłady obejmują automatyczne platformy podnoszące, urządzenia do podnoszenia materiałów i zautomatyzowany sprzęt transportowy.

Gdy silnik się zatrzymuje, grawitacja może spowodować ruch obciążenia w dół, potencjalnie napędzając śrubę pociągową lub mechanizm przenoszący wstecz.

Silnik krokowy z hamulcem może zablokować wał silnika po odłączeniu zasilania, pomagając zapobiegać niezamierzonemu ruchowi obciążenia.

Na zautomatyzowanych liniach produkcyjnych niektóre mechanizmy pozycjonujące muszą pozostać w stałej pozycji po zatrzymaniu pracy.

Typowe zastosowania obejmują:

• Automatyczne systemy ładowania i rozładowywania.

• Platformy transportu materiałów.

• Zautomatyzowane stanowiska pozycjonujące.

• Pionowe mechanizmy transportowe.

Gdy sprzęt się zatrzymuje lub doświadcza awarii zasilania, hamulec pomaga utrzymać pozycję mechaniczną i zmniejsza ryzyko nieoczekiwanego ruchu obciążenia.

Niektóre urządzenia medyczne wykorzystują silniki do regulacji wysokości, kąta i pozycjonowania.

Przykłady obejmują elektryczne łóżka szpitalne, sprzęt do badań i niektóre urządzenia rehabilitacyjne.

Po zakończeniu regulacji urządzenia te muszą utrzymywać stosunkowo stabilną pozycję.

Silniki krokowe z hamulcem mogą zapewnić mechaniczne blokowanie po odłączeniu zasilania, pomagając poprawić bezpieczeństwo i niezawodność tych mechanizmów ruchu.

Specyficzne zastosowania medyczne muszą również uwzględniać odpowiednie normy bezpieczeństwa, redundantne hamowanie i wymagania dotyczące ochrony przed awarią.

W niektórych maszynach CNC i systemach precyzyjnego pozycjonowania silniki sterują pozycjami stołów roboczych, narzędzi i innych ruchomych elementów.

W przypadku osi ruchu pionowego elementy mechaniczne mogą się przesuwać po zatrzymaniu silnika, jeśli nie zapewniono skutecznego mechanizmu blokującego.

Silnik krokowy z hamulcem może zapewnić mechaniczne siłę blokującą po odłączeniu zasilania, zmniejszając ryzyko niepożądanego ruchu.

Jednak w przypadku osi ruchu poziomego z niezawodnymi samoblokującymi się lub mechanicznymi strukturami blokującymi dodatkowy hamulec nie zawsze może być konieczny.

Niektóre przeguby robotów i zautomatyzowane ramiona robotyczne muszą utrzymywać określone pozycje po zatrzymaniu pracy lub utracie zasilania.

W przypadku przegubów przenoszących obciążenia grawitacyjne ramię mechaniczne może opaść lub obrócić się pod własnym ciężarem, jeśli nie ma skutecznego mechanizmu hamulcowego.

Silniki krokowe z hamulcem mogą zapewnić dodatkową zdolność utrzymania pozycji dla tych przegubów.

Jednak zastosowania robotyczne wymagają starannego rozważenia obciążeń przegubów, bezwładności, czasu reakcji hamulca i wymagań bezpieczeństwa. Wbudowany hamulec silnika nie powinien być traktowany jako jedyne zabezpieczenie.

Główna różnica polega na tym, czy silnik posiada niezależną mechaniczną funkcję hamowania.

Należy pamiętać, że silnik krokowy z hamulcem niekoniecznie oferuje wyższą dokładność pozycjonowania.

Hamulec jest przeznaczony głównie do blokowania po wyłączeniu zasilania. Dokładność pozycjonowania nadal zależy od konstrukcji elektromagnetycznej silnika, metody napędu i systemu sterowania.

Wybór silnika krokowego z hamulcem wymaga więcej niż tylko sprawdzenia jego rozmiaru ramki i momentu trzymającego. Hamulec musi również pasować do rzeczywistego obciążenia i wymagań aplikacji.

(1) Moment hamulca

Moment hamulca określa, jaką mechaniczną siłę blokującą może zapewnić hamulec.

Wybór powinien uwzględniać wagę obciążenia, strukturę przenoszenia napędu, przełożenie przekładni i odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa, aby zapewnić wystarczającą zdolność hamowania.

(2) Moment trzymający silnika

Moment trzymający odnosi się do zdolności silnika do przeciwstawiania się zewnętrznym siłom obrotowym podczas zasilania i postoju.

Moment trzymający silnika i moment hamulca to dwie różne specyfikacje i nie należy ich używać zamiennie.

(3) Napięcie hamulca

Hamulce elektromagnetyczne zazwyczaj wymagają niezależnego zasilania.

Sprawdź znamionowe napięcie, prąd i warunki zwalniania hamulca, aby zapewnić zgodność z systemem elektrycznym urządzenia.

(4) Czas reakcji hamulca

Hamulec wymaga pewnego czasu na zaciśnięcie po odłączeniu zasilania.

W przypadku zastosowań obejmujących obciążenia pionowe należy wziąć pod uwagę czas reakcji hamulca oraz sekwencję sterowania między silnikiem a hamulcem, aby zapobiec ruchowi obciążenia przed pełnym zaciśnięciem hamulca.

(5) Wymiary montażowe i interfejs mechaniczny

Sprawdź rozmiar ramki silnika, długość korpusu, wymiary wału i konstrukcję hamulca, aby zapewnić zgodność z istniejącym sprzętem.

W przypadku sprzętu obejmującego głównie ruch poziomy, gdzie mechaniczny układ przenoszenia napędu zapewnia już wystarczającą zdolność samoblokowania, standardowy silnik krokowy może być wystarczający.

Jednak silniki krokowe z hamulcem należy rozważyć, gdy aplikacja ma następujące cechy:

• Obciążenia pionowe podlegające działaniu grawitacji.

• Wymóg utrzymania pozycji po utracie zasilania.

• Potrzeba zapobiegania niezamierzonemu ruchowi obciążenia podczas wyłączania urządzenia.

• Dodatkowe wymagania dotyczące blokowania pozycji po wyłączeniu zasilania.

• Specjalne wymagania dotyczące utrzymania pozycji w określonych warunkach pracy.

Ponadto, w przypadku sprzętu podnoszącego związanego z potencjalnym ryzykiem dla bezpieczeństwa personelu, hamulec silnika nie może zastąpić niezależnej mechanicznej ochrony przed upadkiem, systemów hamowania bezpieczeństwa ani innych wymaganych urządzeń bezpieczeństwa.

Silnik krokowy z hamulcem integruje elektromagnetyczny mechanizm hamulcowy ze standardowym silnikiem krokowym, zapewniając dodatkową mechaniczną zdolność blokowania po odłączeniu zasilania.

Jest szczególnie odpowiedni do urządzeń do podnoszenia pionowego, zautomatyzowanych linii produkcyjnych, urządzeń medycznych, systemów pozycjonowania CNC i niektórych zastosowań robotycznych.

Przy wyborze silnika krokowego z hamulcem kluczowe jest uwzględnienie momentu trzymającego silnika, momentu hamulca, bezwładności obciążenia, czasu reakcji hamulca i wymiarów montażowych.

Wybór odpowiedniego silnika krokowego z hamulcem oznacza spełnienie nie tylko wymagań dotyczących sterowania ruchem, ale także zapewnienie niezawodnego działania blokowania obciążenia po zatrzymaniu lub utracie zasilania przez silnik.

Dla producentów silników krokowych kluczowe jest dostarczanie odpowiedniej kombinacji silnika i mechanizmu hamulcowego w oparciu o strukturę urządzenia klienta i rzeczywiste wymagania dotyczące obciążenia, aby osiągnąć niezawodne sterowanie ruchem.