Классификация приводов исполнительных механизмов мехатронной системы показана на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Классификация приводов мехатронной системы
На рисунке 1.5 показана схема электромехатронного узла на базе привода.
Рисунок 1.5 – Схема электромехатронного узла
В различных областях техники широко распространены приводы, выполняющие силовые функции в системах управления разнообразными объектами. Автоматизация технологических процессов и производств, в частности, в машиностроении невозможна без использования различных приводов, которые включают в себя: исполнительные механизмы, определяемые технологическим процессом, двигатели и систему управления двигателями. В приводах систем управления МС (технологических машин, машин — автоматов МА, ПР и т.д.) применяют значительно отличающиеся по физическим эффектам исполнительные двигатели. Реализация таких физических эффектов как магнетизм (электродвигатели), гравитация в виде преобразования гидравлических и воздушных потоков в механическое движение, расширение среды (двигатели внутреннего сгорания, реактивные, паровые и пр.); электролиз (емкостные двигатели) в совокупности с новейшими достижениями в области микропроцессорной техники позволяет создавать современные приводные системы (ПС) с улучшенными техническими характеристиками. Связь силовых параметров привода (крутящий момент, усилие) с кинематическими параметрами (угловая скорость выходного вала, скорость линейного перемещения штока ИМ) определяется механическими характеристиками электро-, гидро-, пневмо- и других приводов, в совокупности или раздельно решающих задачи движения (рабочего, холостого хода) механической части МС (технологического оборудования). При этом, если требуется регулирование выходных параметров машины (силовых, скоростных, энергетических), то механические характеристики двигателей (приводов) должны целесообразно видоизменяться в результате управления устройствами регулирования, например, уровня питающего напряжения, тока, давления, расхода жидкости или газа.
Простота формирования механических движений непосредственно из электрической энергии в приводных системах с электрическим двигателем, т.е. в электромеханических системах ЭМС, предопределяет ряд преимуществ такого привода перед гидравлическими и пневматическими приводами. В настоящее время электродвигатели постоянного и переменного тока выпускаются заводами-изготовителями от десятых долей ватта до десятков мегаватт, что позволяет обеспечить спрос на них (по требуемой мощности) как для применения в промышленности, так и на многих видах транспорта, в быту.
Гидравлические приводы МС (технологического оборудования и ПР) в сравнении с электроприводами, весьма широко применяются в транспортных, горных, строительных, дорожных, путевых, мелиоративных и сельскохозяйственных машинах, подъемно-транспортных механизмах, летательных и подводных аппаратах. Они обладают существенным преимуществом перед электромеханическим приводом там, где требуются значительные рабочие нагрузки при небольших габаритах, например, в тормозных системах или автоматических коробках передач автомобилей, ракетной и космической технике. Широкая применимость гидроприводов обусловлена тем, что напряженность рабочей среды в них значительно больше, чем напряженность рабочей среды в электродвигателях и в промышленных пневматических приводах. В реальных гидравлических приводах напряженность рабочей среды в направлении передачи движения составляет 6-100 МПа при гибком управлении за счет регулирования потока жидкости гидравлическими устройствами, имеющими различное управление, в том числе и электронное. Компактность и малая инерционность гидропривода обеспечивают легкое и быстрое изменение направления движения ИМ, а применение электронной аппаратуры управления обеспечивает приемлемые переходные процессы и заданную стабилизацию выходных параметров.
Для автоматизации управления МС (различного технологического оборудования, машин-автоматов и ПР) широко используют также пневматические приводы на базе пневмодвигателей для реализации как поступательных, так и вращательных движений. Однако из-за существенного различия свойств рабочей среды пневмо- и гидроприводов их технические характеристики отличаются вследствие значительной сжимаемости газов в сравнении со сжимаемостью капельной жидкости. При простоте конструкции, хороших экономических показателях и достаточной надежности, но низких регулировочных свойствах, пневмоприводы не могут быть использованы в позиционных и контурных режимах работы, что несколько снижает привлекательность их применения в МС (технических системах ТС).
Определить наиболее приемлемый вид энергии в приводе с возможно достижимой эффективностью использования его в процессе эксплуатации технологического или оборудования другого назначения задача достаточно сложная и может иметь несколько решений. Прежде всего, каждый привод должен удовлетворять своему служебному назначению, необходимым силовым и кинематическим характеристикам. Определяющими факторами при достижении требуемых силовых и кинематических характеристик, эргономических показателей разрабатываемого привода могут быть: быстродействие привода, точность позиционирования и качество управления, ограничения по массе и габаритным размерам, расположение привода в общей компоновке оборудования. Окончательное решение при сопоставимости определяющих факторов принимается по результатам экономического сравнения различных вариантов выбранного вида привода по стартовым и эксплуатационным затратам на его проектирование, изготовление и эксплуатацию.
