Сучасна людина не мислить свого життя без автоматизації виробничих процесів. Все більше роботи виконують роботи і маніпулятори, замінюючи людини. У всіх цих механізмах широко застосовують сервопривід. У повсякденному житті вони зустрічаються в системах кондиціонування, автомобілях, опалювальних приладах і т.д. У цій статті ми розглянемо пристрій, принцип роботи і область застосування сервоприводу, щоб читачам сайту Сам Електрик стало зрозуміло, що собою являє цей механізм.
Призначення і пристрій
Широке застосування сервопривід знайшов в робототехніці, машинобудуванні, автомобілебудуванні, автоматизації процесів у виробництві. З його допомогою приводяться в дію маніпулятори, виконується відкриття (повне або неповне) або закриття (прикриття) заслінок, в верстатобудуванні для подачі ріжучого інструменту та інших виконавчих механізмів.
Являє собою пристрій, що складається їх електродвигуна, редуктора, датчика положення (енкодера) або резистора і контролера (пристрої управління).
Простими словами - це електромеханічний привід, який через внутрішню зворотний зв'язок, встановлює точне положення вала механізму в залежності від зовнішніх керуючих сигналів.
На малюнку представлений розріз пристрою:
Сервоприводи випускаються різної потужності і призначення: невеликої потужності від 0,05 кВт, що застосовуються в автомобілебудуванні і робототехніці, наприклад, sg90 і значної потужності в 15 кВт. Останні монтуються в промислових маніпуляторів, верстатах з ЧПУ, для керування засувками в нафтогазовій промисловості і т.д.
Не завжди в якості мотора на сервопривід монтується електродвигун. В якості приводу може використовуватися циліндр зі штоком, що приводиться в рух стисненим повітрям або рідиною.
Види сервоприводу
Сервоприводи поділяють на електромеханічні. У них механізм складається з електродвигуна і редуктора. Відрізняються відносно невисоким швидкодією.
Розрізняють за типом застосованого двигуна:
- синхронні, мають високу точність обертання вихідного вала, швидко набираю обертів;
- асинхронні, відрізняються стабільним обертанням вала;
- з колекторним двигуном постійного або змінного струму (універсальним).
Сервоприводи, де рушійним механізмом є поршень з циліндром, мають високу швидкодію. Застосовується в автомобілі для перемикання швидкостей в АКПП. Монтується в роботах, які переміщують вантажі понад сто кілограм. У промислових установках, для перемикання заслінок в пакувальних автоматах, де в якості енергоносія застосовують стиснене повітря.
Основні характеристики сервоприводу:
- Основним параметром є крутний момент або зусилля на валу. У паспортних даних вказуються дві величини, щодо різної напруги харчування.
- Швидкодія, показує, за який проміжок часу відбудеться поворот вихідного вала на 600. Вказуються значення для різної величини напружень.
- Який використовується керуючий сигнал, аналоговий або цифровий.
- Напруга живлення. Більшість невеликих приводів харчується напругою від 4,8 до 7,2 Вольт. Застосовується, наприклад, в радіокерованих моделях. Комплектується трьома проводами і має стандартну терморегулятори. На білий, коричневий або жовтий подається сигнал управління, на червоний напруга живлення, а чорний - загальний провід.
- Робочий кут повороту, зазвичай він становить 1800 або 3600. Випускаються модернізовані приводи з постійним обертанням вала;
- Матеріал виготовлення шестерень редуктора. Вони виготовляються з латуні, карбону, пластика або можуть бути комбіновані.
В електромеханічному СЕРВОПРИВОДИ застосовуються електродвигуни з сердечником, при роботі яких виникає вібрація, коли відбувається обертання маятника. Це зменшує точність повороту вихідного вала. Позбавлені цього недоліку мотори з мінімальної кінетичної енергією ротора. Такі приводу необхідні для ЧПУ верстата, щоб точно встановити виконавчий механізм. Однак, вони дорожче двигунів з сердечником.
Найпоширенішим редуктором є шестерний, який призначений для зниження частоти обертання і збільшення моменту на вихідному валу. Рідше застосовують привід з черв'ячним редуктором, який має велике передавальне число, але дорожче і складніше у виробництві.
Сервопривод знайшов широке застосування в робототехніці і маніпуляторах. При створенні невеликих механізмів використовують сервопривід mg995 і йому подібні.
Для управління сучасними приводами в радіоаматорських виробах часто використовується представники сімейства Ардуіно. Воно являє набір електронних пристроїв, призначених для керування роботами і приладами автоматики, де застосовується сервопривід. Керуючий сигнал може бути аналоговим або цифровим.
Схема підключення приводу до пристрою управління представлена на малюнку. Пристрій може управляти декількома приводами.
Для теплих підлог використовують автоматику, яка підтримує задану температуру. А подачу теплоносія, який являє собою гарячу воду від опалювального котла, регулює сервопривід.
Регулювання температури в опаленні здійснюється автоматикою, для чого використовується сервопривід типу ICMA NC230V або NC24V. Прилади випускаються на різну напругу живлення.
Уніфікований сервопривід, який використовується в автомобілі, має малі габарити. Призначений для роботи з бортовою напругою на 12 Вольт. Він інтегрований з центральним замком, встановлюється на всі двері машини, в тому числі і на п'яті двері (двері багажника).
Також механізм управляє подачею гарячої рідини на грубку. Працює в парі з термоелектричним датчиком, сигнал від якого надходить на пристрій управління. Після аналізу датчик подає команду на сервопривід, який збільшує або зменшує подачу рідини.
Наприклад, для автомобілів ВАЗ застосовують електропривод з редуктором SL-5.
Це далеко не повний перелік застосування таких пристроїв.
Гідності й недоліки
Зервопрівод має переваги перед аналогічними пристроями, наприклад, кроковими двигунами. За рахунок зворотного зв'язку механізм може коригувати положення вала, незалежно від навантаження на вісь, що дозволяє встановлювати робочий механізм з високою точністю.
Основними перевагами є:
- висока точність позиціонування;
- за допомогою редуктора знижуються обороти і підвищується момент;
- позиціонування робочого органу можна легко відкоригувати, внісши зміни в програму управління;
- можливість досягати великих прискорень при роботі, що робить сервопривід більш відповідним для використання в швидкодіючих пристроях, в порівнянні з кроковими двигунами;
- рівномірний момент майже у всьому діапазоні швидкостей;
добре переносять перевантаження.
До недоліків можна віднести:
- наявність редуктора (особливо критично якщо в ньому пластикові шестерні або з м'яких металів);
- знос резистивних доріжок (якщо для зворотного зв'язку при позиціонуванні використовується потенціометр);
- складна настройка програми управління, для отримання результатів високої точності;
- висока вартість обладнання (в порівнянні з кроковими двигунами, наприклад);
- точність часто менше, ніж у крокових двигунів.
Але врахуйте що всі переваги і недоліки усереднені, можуть бути як крокові двигуни, які в певному застосуванні покажуть себе краще сервоприводу, так і навпаки.
Висновок
Автоматичне управління побутовими та виробничими системами міцно увійшло в наше життя. Останнім часом став широко застосовуватися привід під управлінням програмованих блоків різного призначення типу Ардуіно.
Це дозволило створити принципово нові аматорські літаючі радіокеровані пристрої, роботи, дитячі іграшки. У промисловості сервопривід застосовують у верстатах, на екскаваторі, на квадроциклі і т.д. Сьогодні неможливо уявити наше життя без сервоприводів.
На відео представлена робота аналогових сервоприводів sg90 в моделі робота-павука:
Тепер ви знаєте, що таке сервопривід, як він влаштований і для чого потрібен. Сподіваємося, надана інформація допомогла вам освоїти цю тему і розібратися в основних моментах. Якщо виникли питання, задавайте їх у коментарях під статтею!