Выбар найбольш прыдатнай лінейнай рухомай платформы на аснове граніту для пэўнага прымянення залежыць ад мноства фактараў і зменных. Важна разумець, што кожнае прымяненне мае свой унікальны набор патрабаванняў, якія неабходна разумець і прыярытэзаваць, каб знайсці эфектыўнае рашэнне з пункту гледжання рухомай платформы.
Адно з найбольш распаўсюджаных рашэнняў прадугледжвае мантаж дыскрэтных пазіцыянавальных платформаў на гранітную канструкцыю. Іншае распаўсюджанае рашэнне інтэгруе кампаненты, якія складаюць восі руху, непасрэдна ў сам граніт. Выбар паміж платформай-сцэнай-на-граніце і платформай інтэграванага гранітнага руху (IGM) з'яўляецца адным з першых рашэнняў, якія трэба прыняць у працэсе выбару. Існуюць выразныя адрозненні паміж гэтымі двума тыпамі рашэнняў, і, вядома, кожны мае свае перавагі — і недахопы — якія неабходна ўважліва зразумець і ўлічыць.
Каб лепш зразумець гэты працэс прыняцця рашэнняў, мы ацэньваем адрозненні паміж двума асноўнымі канструкцыямі лінейных рухомых платформаў — традыцыйным рашэннем са сцэнай на граніце і рашэннем з IGM — як з тэхнічнага, так і з фінансавага пунктаў гледжання на прыкладзе механічных падшыпнікаў.
Перадгісторыя
Каб вывучыць падабенствы і адрозненні паміж сістэмамі IGM і традыцыйнымі сістэмамі «сцэна на граніце», мы стварылі два тэставыя варыянты:
- Механічны падшыпнік, сцэна на граніце
- Механічны падшыпнік, IGM
У абодвух выпадках кожная сістэма складаецца з трох восяў руху. Вось Y мае ход 1000 мм і размешчана на аснове гранітнай канструкцыі. Вось X, размешчаная на мосце зборкі з ходам 400 мм, нясе вертыкальную вось Z з ходам 100 мм. Гэта размяшчэнне прадстаўлена піктаграфічна.
Для канструкцыі сцэны на граніце мы выбралі шырокакорпусную сцэну PRO560LM для восі Y з-за яе большай грузападымальнасці, што звычайна выкарыстоўваецца ў многіх прыкладаннях руху з выкарыстаннем гэтай канструкцыі «падзеленага моста Y/XZ». Для восі X мы выбралі PRO280LM, якая звычайна выкарыстоўваецца ў якасці маставой восі ў многіх прыкладаннях. PRO280LM прапануе практычны баланс паміж сваёй займанай плошчай і магчымасцю несці вось Z з карыснай нагрузкай кліента.
Для праектаў IGM мы дакладна паўтарылі асноўныя канцэпцыі дызайну і кампаноўкі вышэйзгаданых восяў, з той толькі розніцай, што восі IGM убудаваныя непасрэдна ў гранітную канструкцыю і таму не маюць асноў з апрацаваных кампанентаў, якія існуюць у канструкцыях «сцэна на граніце».
Агульнай у абодвух выпадках канструкцыі з'яўляецца вось Z, у якасці якой была абраная платформа PRO190SL з шарыкавым вінтом. Гэта вельмі папулярная вось для выкарыстання ў вертыкальнай арыентацыі на мосце з-за яе вялікай грузападымальнасці і адносна кампактнага форм-фактара.
На малюнку 2 паказаны канкрэтныя вывучаныя сістэмы стадый на граніце і IGM.
Тэхнічнае параўнанне
Сістэмы IGM распрацаваны з выкарыстаннем розных метадаў і кампанентаў, падобных да тых, што выкарыстоўваюцца ў традыцыйных канструкцыях «сцэна-на-граніце». У выніку паміж сістэмамі IGM і сістэмамі «сцэна-на-граніце» існуе мноства агульных тэхнічных уласцівасцей. І наадварот, інтэграцыя восяў руху непасрэдна ў структуру граніту прапануе некалькі адметных характарыстык, якія адрозніваюць сістэмы IGM ад сістэм «сцэна-на-граніце».
Форм-фактар
Магчыма, найбольш відавочнае падабенства пачынаецца з падмурка машыны — граніту. Нягледзячы на адрозненні ў характарыстыках і допусках паміж канструкцыямі са сцэнай на граніце і IGM, агульныя памеры гранітнай асновы, пад'ёмнікаў і моста эквівалентныя. Гэта ў першую чаргу таму, што намінальны і гранічны ход аднолькавыя ў сцэны на граніце і IGM.
Будаўніцтва
Адсутнасць асноваў восяў з апрацаванымі кампанентамі ў канструкцыі IGM дае пэўныя перавагі ў параўнанні з рашэннямі "сцэна на граніце". У прыватнасці, скарачэнне колькасці кампанентаў у структурным контуры IGM дапамагае павялічыць агульную калянасць восі. Гэта таксама дазваляе скараціць адлегласць паміж гранітнай асновай і верхняй паверхняй карэткі. У гэтым канкрэтным выпадку канструкцыя IGM прапануе на 33% меншую вышыню працоўнай паверхні (80 мм у параўнанні са 120 мм). Гэтая меншая працоўная вышыня не толькі дазваляе зрабіць канструкцыю больш кампактнай, але і памяншае зрушэнне машыны ад рухавіка і энкодэра да працоўнай кропкі, што прыводзіць да зніжэння памылак Абэ і, такім чынам, паляпшае прадукцыйнасць пазіцыянавання працоўнай кропкі.
Кампаненты восі
Калі больш падрабязна разгледзець канструкцыю, можна заўважыць, што рашэнні «сцэна на граніце» і IGM маюць некаторыя агульныя ключавыя кампаненты, такія як лінейныя рухавікі і датчыкі становішча. Агульны выбар сілавога механізму і магнітнай дарожкі прыводзіць да эквівалентных магчымасцей выхаднога высілку. Аналагічна, выкарыстанне аднолькавых датчыкаў у абедзвюх канструкцыях забяспечвае аднолькава высокую раздзяляльную здольнасць для зваротнай сувязі па пазіцыянаванні. У выніку, лінейная дакладнасць і паўтаральнасць характарыстык істотна не адрозніваюцца паміж рашэннямі «сцэна на граніце» і IGM. Падобная кампаноўка кампанентаў, уключаючы адлегласць паміж падшыпнікамі і дапушчэнні, прыводзіць да параўнальнай прадукцыйнасці з пункту гледжання геаметрычных памылак руху (г.зн. гарызантальнай і вертыкальнай прамалінейнасці, тангажу, крэну і рыскання). Нарэшце, апорныя элементы абедзвюх канструкцый, у тым ліку сістэма кіравання кабелямі, электрычныя абмежавальнікі і жорсткія ўпоры, прынцыпова ідэнтычныя па функцыянальнасці, хоць яны могуць некалькі адрознівацца па знешнім выглядзе.
Падшыпнікі
Для гэтай канкрэтнай канструкцыі адным з найбольш прыкметных адрозненняў з'яўляецца выбар лінейных накіроўвалых падшыпнікаў. Нягледзячы на тое, што рэцыркуляцыйныя шарыкападшыпнікі выкарыстоўваюцца як у сістэмах «сцэна на граніце», так і ў сістэмах IGM, сістэма IGM дазваляе ўкараняць у канструкцыю большыя і больш жорсткія падшыпнікі без павелічэння працоўнай вышыні восі. Паколькі канструкцыя IGM абапіраецца на граніт у якасці асновы, а не на асобную апрацоўваную аснову, можна вярнуць частку вертыкальнай прасторы, якая ў адваротным выпадку была б занята апрацоўванай асновай, і па сутнасці запоўніць гэтую прастору большымі падшыпнікамі, пры гэтым змяншаючы агульную вышыню карэткі над гранітам.
Калянасць
Выкарыстанне большых падшыпнікаў у канструкцыі IGM аказвае істотны ўплыў на вуглавую калянасць. У выпадку шырокафюзеляжнай ніжняй восі (Y) рашэнне IGM забяспечвае больш чым на 40% большую калянасць па кірэнні, на 30% большую калянасць па тангажы і на 20% большую калянасць па рысканні, чым адпаведная канструкцыя «сцэна на граніце». Аналагічна, мост IGM забяспечвае чатырохкратнае павелічэнне калянасці па кірэнні, падвойную калянасць па тангажы і больш чым на 30% большую калянасць па рысканні, чым яго аналаг «сцэна на граніце». Больш высокая вуглавая калянасць з'яўляецца перавагай, таму што яна непасрэдна спрыяе паляпшэнню дынамічных характарыстык, што з'яўляецца ключом да забеспячэння больш высокай прапускной здольнасці машыны.
Грузападымальнасць
Павялічаныя падшыпнікі рашэння IGM дазваляюць вытрымаць значна большую карысную нагрузку, чым рашэнне са сцэнай на граніце. Нягледзячы на тое, што базавая вось PRO560LM рашэння са сцэнай на граніце мае грузападымальнасць 150 кг, адпаведнае рашэнне IGM можа вытрымаць карысную нагрузку 300 кг. Аналагічна, вось моста PRO280LM рашэння са сцэнай на граніце падтрымлівае 150 кг, тады як вось моста рашэння IGM можа вытрымліваць да 200 кг.
Рухомая маса
Нягледзячы на тое, што большыя падшыпнікі ў механічных восях IGM забяспечваюць лепшыя вуглавыя характарыстыкі і большую грузападымальнасць, яны таксама пастаўляюцца з большымі і цяжэйшымі каляскамі. Акрамя таго, карэткі IGM распрацаваны такім чынам, што некаторыя апрацоўваныя элементы, неабходныя для восі тыпу «сцэна на граніце» (але не патрабуюцца для восі IGM), выдаляюцца для павелічэння калянасці дэталі і спрашчэння вытворчасці. Гэтыя фактары азначаюць, што вось IGM мае большую рухомую масу, чым адпаведная вось тыпу «сцэна на граніце». Бясспрэчным недахопам з'яўляецца тое, што максімальнае паскарэнне IGM ніжэйшае, калі выказаць здагадку, што выхадная сіла рухавіка застаецца нязменнай. Тым не менш, у пэўных сітуацыях большая рухомая маса можа быць выгаднай з пункту гледжання таго, што яе большая інэрцыя можа забяспечыць большую ўстойлівасць да перашкод, што можа карэляваць з павышанай стабільнасцю ў працоўным становішчы.
Структурная дынаміка
Больш высокая калянасць падшыпнікаў сістэмы IGM і больш жорсткая карэтка забяспечваюць дадатковыя перавагі, якія становяцца відавочнымі пасля выкарыстання праграмнага пакета для аналізу канчатковых элементаў (FEA) для правядзення мадальнага аналізу. У гэтым даследаванні мы вывучылі першы рэзананс рухомай карэткі з-за яго ўплыву на паласу прапускання сервапрывада. Карэтка PRO560LM сутыкаецца з рэзанансам пры 400 Гц, у той час як адпаведная карэтка IGM сутыкаецца з такім жа рэжымам пры 430 Гц. Гэты вынік ілюструецца на малюнку 3.
Больш высокі рэзананс рашэння IGM у параўнанні з традыцыйнай сцэнай на граніце часткова тлумачыцца больш жорсткай канструкцыяй карэткі і падшыпніка. Больш высокі рэзананс карэткі дазваляе мець большую паласу прапускання сервапрывада і, такім чынам, паляпшаць дынамічныя характарыстыкі.
Аперацыйнае асяроддзе
Герметызацыя восяў амаль заўсёды абавязковая пры наяўнасці забруджванняў, незалежна ад таго, ці ўтвараюцца яны ў працэсе працы карыстальніка, ці існуюць у асяроддзі машыны. Рашэнні са стэндам на граніце асабліва падыходзяць у такіх сітуацыях з-за ўласцівай ім закрытасці восі. Напрыклад, лінейныя стэнды серыі PRO абсталяваны цвёрдымі вечкамі і бакавымі ўшчыльняльнікамі, якія абараняюць унутраныя кампаненты стэнда ад забруджвання ў разумнай ступені. Гэтыя стэнды таксама могуць быць абсталяваны дадатковымі настольнымі шклоачышчальнікамі для змятання смецця з верхняга цвёрдага вечка па меры руху стэнда. З іншага боку, рухомыя платформы IGM па сваёй прыродзе адкрытыя, з падшыпнікамі, рухавікамі і энкодэрамі, якія знаходзяцца пад адкрытым небам. Хоць гэта і не з'яўляецца праблемай у больш чыстым асяроддзі, гэта можа быць праблематычным пры наяўнасці забруджвання. Гэтую праблему можна вырашыць, уключыўшы ў канструкцыю восі IGM спецыяльную крышку ў выглядзе сильфона для абароны ад смецця. Але калі яны не рэалізаваны правільна, сильфоны могуць негатыўна ўплываць на рух восі, перадаючы знешнія сілы карэтцы падчас яе руху ва ўсім дыяпазоне ходу.
Тэхнічнае абслугоўванне
Зручнасць абслугоўвання — гэта адрозненне паміж платформамі руху са сцэнамі на граніце і IGM. Восі з лінейнымі рухавікамі добра вядомыя сваёй трываласцю, але часам узнікае неабходнасць праводзіць тэхнічнае абслугоўванне. Некаторыя аперацыі па тэхнічным абслугоўванні адносна простыя і могуць быць выкананы без зняцця або разборкі адпаведнай восі, але часам патрабуецца больш старанная разборка. Калі рухомая платформа складаецца з асобных платформаў, усталяваных на граніце, абслугоўванне — даволі простая задача. Спачатку зніміце сцэну з граніту, затым выканайце неабходныя работы па тэхнічным абслугоўванні і зноў усталюйце яе. Або проста заменіце яе новай сцэнай.
Рашэнні IGM часам могуць быць больш складанымі пры правядзенні тэхнічнага абслугоўвання. Нягледзячы на тое, што замена адной магнітнай дарожкі лінейнага рухавіка ў гэтым выпадку вельмі простая, больш складанае тэхнічнае абслугоўванне і рамонт часта ўключаюць поўную разборку многіх або ўсіх кампанентаў, якія складаюць вось, што займае больш часу, калі кампаненты мацуюцца непасрэдна да граніту. Таксама больш складана пераарыентаваць восі на аснове граніту адна на адну пасля правядзення тэхнічнага абслугоўвання — задача, якая значна прасцейшая пры выкарыстанні асобных этапаў.
Табліца 1. Кароткі агляд фундаментальных тэхнічных адрозненняў паміж рашэннямі для механічных падшыпнікаў на граніце і IGM.
| Апісанне | Сістэма «Сцэна на граніце», механічны падшыпнік | Сістэма IGM, механічны падшыпнік | |||
| Базавая вось (Y) | Вось моста (X) | Базавая вось (Y) | Вось моста (X) | ||
| Нармалізаваная калянасць | Вертыкальны | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.1 |
| Бакавыя | 1,5 | ||||
| Вышыня | 1.3 | 2.0 | |||
| Рух | 1.4 | 4.1 | |||
| Рысканне | 1.2 | 1.3 | |||
| Грузападымальнасць (кг) | 150 | 150 | 300 | 200 | |
| Рухомая маса (кг) | 25 | 14 | 33 | 19 | |
| Вышыня стальніцы (мм) | 120 | 120 | 80 | 80 | |
| Герметычнасць | Цвёрдая вечка і бакавыя ўшчыльняльнікі абараняюць ад траплення смецця ў вось. | IGM звычайна мае адкрытую канструкцыю. Для герметызацыі патрабуецца дадатковая вечка з сильфонным шлангам або падобнае прыстасаванне. | |||
| Прыдатнасць да эксплуатацыі | Камплектуючыя прыступкі можна лёгка зняць і абслугоўваць або замяняць. | Сякеры ўбудаваны ў гранітную канструкцыю, што ўскладняе абслугоўванне. | |||
Эканамічнае параўнанне
Нягледзячы на тое, што абсалютны кошт любой сістэмы руху будзе адрознівацца ў залежнасці ад некалькіх фактараў, у тым ліку даўжыні ходу, дакладнасці восяў, грузападымальнасці і дынамічных магчымасцей, адноснае параўнанне аналагічных сістэм руху IGM і сцэны-на-граніце, праведзенае ў гэтым даследаванні, сведчыць аб тым, што рашэнні IGM здольныя забяспечваць рух сярэдняй і высокай дакладнасці пры ўмерана нізкіх выдатках, чым іх аналагі на сцэне-на-граніце.
Наша эканамічнае даследаванне складаецца з трох асноўных кампанентаў выдаткаў: дэталі машын (у тым ліку як вырабленыя дэталі, так і набытыя кампаненты), зборка граніту, а таксама праца і накладныя выдаткі.
Дэталі машын
Рашэнне IGM прапануе значную эканомію ў параўнанні з рашэннем «сцэна на граніце» з пункту гледжання дэталяў машын. Гэта ў першую чаргу звязана з адсутнасцю ў IGM складана апрацаваных асноў сцэн па восях Y і X, што дадае складанасці і кошту рашэнням «сцэна на граніце». Акрамя таго, эканомія выдаткаў можа быць звязана з адносным спрашчэннем іншых апрацаваных дэталяў у рашэнні IGM, такіх як рухомыя карэткі, якія могуць мець больш простыя характарыстыкі і некалькі больш свабодныя дапушчэнні пры распрацоўцы для выкарыстання ў сістэме IGM.
Гранітныя зборкі
Нягледзячы на тое, што зборкі «аснова-пад'ёмнік-мост» з граніту як у сістэмах IGM, так і ў сістэмах «сцэна на граніце» маюць падобны форм-фактар і знешні выгляд, гранітная зборка IGM крыху даражэйшая. Гэта звязана з тым, што граніт у рашэнні IGM замяняе апрацаваныя асновы сцэны ў рашэнні «сцэна на граніце», што патрабуе ад граніту, як правіла, больш жорсткіх дапушчальных значэнняў у крытычных зонах, і нават дадатковых элементаў, такіх як экструдаваныя разрэзы і/або разьбовыя сталёвыя ўстаўкі, напрыклад. Аднак у нашым выпадку дадатковая складанасць гранітнай канструкцыі больш чым кампенсуецца спрашчэннем дэталяў машыны.
Праца і накладныя выдаткі
З-за шматлікіх падабенстваў у зборцы і тэсціраванні сістэм IGM і сцэны на граніце, няма істотнай розніцы ў выдатках на працу і накладныя выдаткі.
Калі ўлічыць усе гэтыя фактары выдаткаў, канкрэтнае рашэнне з механічнай падшыпнікавай кладкай, разгледжанае ў гэтым даследаванні, аказваецца прыкладна на 15% таннейшым за рашэнне з механічнай падшыпнікай і гранітнай сцэнай.
Вядома, вынікі эканамічнага аналізу залежаць не толькі ад такіх атрыбутаў, як даўжыня перамяшчэння, дакладнасць і грузападымальнасць, але і ад такіх фактараў, як выбар пастаўшчыка граніту. Акрамя таго, мэтазгодна ўлічваць выдаткі на дастаўку і лагістыку, звязаныя з набыццём гранітнай канструкцыі. Гэта асабліва карысна для вельмі вялікіх гранітных сістэм, хоць гэта актуальна для ўсіх памераў, выбар кваліфікаванага пастаўшчыка граніту, які знаходзіцца паблізу ад месца канчатковай зборкі сістэмы, таксама можа дапамагчы мінімізаваць выдаткі.
Варта таксама адзначыць, што гэты аналіз не ўлічвае выдаткі пасля ўкаранення. Напрыклад, дапусцім, што ўзнікла неабходнасць абслугоўваць сістэму руху шляхам рамонту або замены восі руху. Сістэму «сцэна на граніце» можна абслугоўваць, проста здымаючы і рамантуючы/замяняючы пашкоджаную вось. Дзякуючы больш модульнай канструкцыі сцэны, гэта можна зрабіць адносна лёгка і хутка, нягледзячы на больш высокі пачатковы кошт сістэмы. Нягледзячы на тое, што сістэмы IGM звычайна можна набыць па больш нізкай цане, чым іх аналагі «сцэна на граніце», іх можа быць больш складана разабраць і абслугоўваць з-за інтэграванага характару канструкцыі.
Выснова
Зразумела, што кожны тып канструкцыі рухомай платформы — сцэна на граніце і IGM — можа прапанаваць розныя перавагі. Аднак не заўсёды відавочна, які з іх з'яўляецца найбольш ідэальным выбарам для канкрэтнага прымянення руху. Таму вельмі выгадна супрацоўнічаць з вопытным пастаўшчыком сістэм руху і аўтаматызацыі, такім як Aerotech, які прапануе арыентаваны на канкрэтнае прымяненне кансультацыйны падыход для вывучэння і прадастаўлення каштоўнай інфармацыі аб альтэрнатыўных рашэннях для складаных задач кіравання рухам і аўтаматызацыі. Разуменне не толькі адрозненняў паміж гэтымі двума тыпамі рашэнняў аўтаматызацыі, але і фундаментальных аспектаў праблем, якія яны павінны вырашыць, з'яўляецца асноўным ключом да поспеху ў выбары сістэмы руху, якая адпавядае як тэхнічным, так і фінансавым мэтам праекта.
Ад кампаніі AEROTECH.
Час публікацыі: 31 снежня 2021 г.