Применение электроцилиндров в строительной технике

Свирин Д.А., д.т.н., профессор Кудрявцев Е.М. Московский государственный строительный университет.

В основе конструкции электроцилиндров заложен ряд технических решений из механики и электротехники. Одна часть устройства представляет собой синхронный сервомотор с установленными в нём постоянными магнитами и интегрированными датчиками обратной связи; другая часть - инвертированная роликово-винтовая передача (ИРВП). Статор электромотора представляет собой ламинированные сегменты с обмоткой, что в значительной степени повышает крутящий момент. Электромагнитное поле, которое генерируется обмотками статора, приводит во вращение ротор сервомотора. ИРВП преобразует вращательное движение ротора в поступательное движение штока. Вращающийся под действием электромагнитного поля ротор представляет собой полый металлический цилиндр с нарезанной внутри него ходовой резьбой. Внутри цилиндра по резьбе линейно перемещается механизм с большим количеством опорных роликов. На внешней оболочке поверхности цилиндра (ротора) установлены и надёжно зафиксированы несколько рядов постоянных магнитов. Количество магнитов является определяющим фактором для расчёта создаваемого крутящего момента и усилия, необходимого для линейного перемещения.

Линейные сервомоторы могут развивать скорость до 1,5 м/с, усилие до 180 кН, и обеспечивать ход штока в пределах до 1,2 м, точность позиционирования - единицы микрометров. Электромеханические линейные моторы отличаются своей миниатюрностью. Управление и задачи позиционирования для электромеханических систем решаются достаточно просто, так как требуются стандартные сервоусилители, которые имеют невысокую стоимость. Программирование профиля движения и настройка сервоусилителя значительно проще, так как мы работаем с программами, а не с жидкостями.

Одним из существенных преимуществ использования гидросистемы в рабочем механизме строительной техники и оборудования является возможность гашения (демпфирования) пиковых динамических нагрузок. Например, если ковш экскаватора упёрся в твёрдую горную породу, то гидросистема сразу же отреагирует на изменение рабочего давления и предохранит ковш от поломки. Эта задача, считавшаяся сложной для электромеханических систем, в настоящее время решена благодаря развитию быстродействующей электроники и снижению её стоимости.

Вместе с тем, использование электроцилиндров позволяет решить насущную проблему использования гидрооборудования в условиях пониженных температур. Как известно, требуется обеспечение предварительного нагрева гидросистемы в начале работы для улучшения текучести рабочей жидкости. Кроме того, низкие температуры требуют использования специальных материалов для производства гибких шлангов магистралей и уплотнительных элементов, во избежание их разрушения. Очевидно, что электромеханические системы привода этих недостатков лишены.

Несмотря на то, что стоимость гидроцилиндров ниже стоимости электромеханических систем аналогичного назначения, расходы на обслуживание полного комплекса оборудования гидросистемы могут оказаться выше. Это справедливо особенно для систем с небольшим количеством цилиндров.

Дополнительное оборудование - это гидравлические баки и насосы, иногда аккумуляторы, система фильтрации рабочей жидкости, распределители, трубки или рукава высокого давления для подачи рабочей жидкости и возврата её обратно в бак, датчики, дроссели и клапаны. Кроме того, для обеспечения чистоты рабочей жидкости необходимы различные элементы системы очистки - фильтры, фитинги, муфты, втулки, кольцевые прокладки и уплотнения.

Линейные сервомоторы или электроцилиндры требуют только два кабеля для подачи электричества и передачи в блок управления сигнала обратной связи.