Cz. III. Przegląd systemów sterowania maszyn- rodzaje napędów
Poprzednia część artykułu dotyczyła rozwoju historycznego myśli technicznej, którego rezultatem było powstanie kolejnych, coraz bardziej rozwiniętych rozwiązań systemów sterowania maszyn. W niniejszej części zaprezentowane zostaną poszczególne rodzaje napędów wraz z ich zastosowaniem.
Układ napędowy dobierany jest pod kątem szczegółów aplikacji, do jakiej jest zaplanowane dane urządzenie. Napędy najczęściej stosowane w przemyśle tworzą cztery grupy:
Układy napędowe mechaniczne
Napęd mechaniczny to „(...) każdy, z wyjątkiem elektrycznego, napęd silnikowy (np. spalinowy, parowy), który wykorzystuje energię napiętej sprężyny, podniesionego ciężarka lub energię zgromadzoną w wirującej masie lub napęd, w którym część pośrednicząca w przenoszeniu energii mechanicznej jest mechanizmem (np. napęd łańcuchowy, pasowy), także zespół napędowy, w którym źródłem energii jest jakiekolwiek urządzenie lub np. organizm żywy”[1].
Maszyny z napędami mechanicznymi najczęściej sterowane są przy użyciu dźwigni i cięgien. Istotny jest w tym przypadku taki dobór mechanizmu, aby siła, którą człowiek wkłada w napędzanie maszyny nie przekroczyła wymaganych parametrów. Urządzenia z napędem mechanicznym spotkać możne praktycznie wszędzie – w transporcie bliskim są nimi np. kablozwijacz czy wciągnik ręczny.
Napęd hydrauliczny
„(…) Do przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej wytworzenia do miejsca napędzanego za pomocą cieczy”[2] służy napęd hydrauliczny, którego działanie opiera się na prawie Pascala.
Napędy hydrauliczne posiadają wiele zalet, które czynią je bardzo popularnymi w zastosowaniu. Do ich niewątpliwych plusów należą m.in. możliwość uzyskania sił o wielkości praktycznie nieosiągalnej dla innych napędów; spokojny i płynny ruch bez zrywów; opcja uzyskania bezstopniowej zmiany prędkości; możliwość zastosowania niewielkich sił do sterowania nawet bardzo ciężkimi maszynami. Napędy hydrauliczne mają jednak również i wady – wysoka wrażliwość na zapowietrzenie, utraty mocy podczas przepływu czynnika roboczego; konieczność wysokich kwalifikacji przy obsłudze, a także w niektórych przypadkach konieczność utrzymania stałej temperatury obiegowej [3].
Niewątpliwe zalety napędów hydraulicznych sprawiają, że są one stosowane w wielu gałęziach przemysłu. W transporcie bliskim spotkać je można np. w czerpakach, żurawiach, platformach.
Napędy pneumatyczne
Napęd pneumatyczny działa w oparciu o wykorzystanie energii sprężonego gazu – w tej roli najczęściej wykorzystuje się ogólnie dostępne powietrze.
Napęd pneumatyczny stosuje się często w sytuacjach, gdy konieczna jest realizacja wywoływania określonego nacisku statycznego oraz przesuwów mechanizmów. Wykorzystywane są najczęściej do napędu urządzeń transportowych – podnośników, podajników, obrotnic, a także do napędu urządzeń hamulcowych w motoryzacji i kolejnictwie; zamykania i otwierania drzwi, okien, zaworów; montażowych; napędu pras pneumatycznych; napędu urządzeń ręcznych; napędu uchwytów obróbkowych i [4].
Podstawową zaletą układów napędowych pneumatycznych jest przede wszystkim ogólnodostępność czynnika roboczego, jego wysoka odporność na wahania temperatury i bezpieczeństwo eksploatacji, a także opcja bezpiecznego stosowania w pomieszczeniach z silnym potencjałem wystąpienia samozapłonu. Mają jednak również wady, takie jak trudność w uzyskiwaniu dokładnych prędkości pracy oraz energochłonność powodowana wysokim kosztem wytwarzania sprężonego powietrza [5] .
Przemysł transportu bliskiego stosuje napędy pneumatyczne np. w chwytakach bądź manipulatorach, czy też urządzeniach pracujących w strefach zagrożonych wybuchem.
Napędy elektryczne
Napęd elektryczny stanowi system współpracujących elementów przetwarzających energię elektromechniczną w procesie technologicznym.
Napęd elektryczny zbudowany jest z układu zasilającego, przekształcającego energię elektryczną z sieci, silnika elektrycznego przekształcającego energię elektryczną na energię mechaniczną oraz urządzenia pędnego przekazującego energię mechaniczną do maszyny roboczej. Uzupełnieniem całości są urządzenia sterowania i automatyki [6].
Napędy elektryczne charakteryzują się pozytywnymi cechami - m.in. łatwością doprowadzenia energii elektrycznej, ciągłą gotowością układu do uruchomienia maszyny. Wadą jest z kolei jest z kolei koszt urządzeń zabezpieczających przed przeciążeniem oraz kosztowność układów mechanicznych [7].
Napęd hybrydowy
Napędy hybrydowe są jednym z najnowszych osiągnięć w dziedzinie konstrukcji maszyn. Tego rodzaju system jest połączeniem dwóch rodzajów napędów, pracujących na przemian lub równocześnie.
Najpopularniejszym jego zastosowaniem są samochody. Napęd jest zazwyczaj w ich przypadku skonstruowany z dwóch silników – elektrycznego i spalinowego. W układzie takim silnik elektryczny może być prądnicą i ładować akumulatory lub kondensator w wyniku napędzania silnikiem spalinowym lub hamowania silnikiem elektrycznym. Montowany silnik spalinowy ma moc wystarczającą do jazdy z odpowiednimi parametrami pracy przy przewidywanej prędkości podróżnej, osiągając ćwierć mocy obecnie stosowanych silników. Całość sterowana jest przez układ elektroniczny zapewniający optymalne wykorzystanie energii.
Główną zaletą napędów hybrydowych minimalizacja zużycia paliwa i emisji szkodliwych spalin oraz hałasu. Ich wadą jest z kolei większa masa i cena pojazdu, a także jego większe rozmiary (zastosowanie akumulatorów) [8].
W transporcie bliskim stosuje się tego rodzaju napędy np. w przesuwnicach bądź platformach.
Bibliografia:
[1] http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/4009132/naped-mechaniczny.html
[2] http://pl.wikipedia.org/wiki/Nap%C4%99d_hydrauliczny
[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/Nap%C4%99d_hydrauliczny
[4] http://www.piopawelko.zut.edu.pl/przedmioty/NEHiP/skrypt_podstawy.pdf
[5] http://www.utrzymanieruchu.pl/menu-gorne/artykul/article/napedy
[6] http://pl.wikipedia.org/wiki/Nap%C4%99d_elektryczny
[7] http://www.utrzymanieruchu.pl/menu-gorne/artykul/article/napedy/
[8] http://pl.wikipedia.org/wiki/Nap%C4%99d_hybrydowy
[9] – [13] Dokumentacja wewnętrzna Przedsiębiorstwa HAK.
