Eyleyiciler - actuators İNFORMASYON İŞLEME EYLEYİCİ ALGIL AYICI SÜREÇ
3 Mekatronik ürünler, hareket için ihtiyaç duydukları gücü genelde elektriksel, hidrolik ve pnömatik eyleyicilerden alırlar. Örneğin robotlarda kullanılan eyleyiciler endüstriyel eyleyicilerin geliştirilmiş halleridir, robot eyleyicileri küçük boyutlarla büyük güç sağlayabilirler. elektriksel kumanda Eyleyici mekanik hareket (çıkış enerjisi-gücü) yar dımcı enerji 4
+ - Elektriksel Eyleyiciler (DC motorlar, step motorları) Avantajları: -Hızlı ve hassastırlar - Harekete karmaşık kontrol teknikleri uygulanabilir - Maliyetleri düşüktür - Yeni modeller çok kısa zamanda üretilebilir Dezavantajları: -Düşük moment ve yüksek hızda çalışır. Bu nedenle hareketi değiştirecek aktarma organlarına ve dişlilere ihtiyaçvardır. -Dişlilerdeki boşluk hassasiyeti sınırlar - Elektrik atlamaları yanıcı ortamlarda tehlikeli olabilir - Hareketin engellenmesi durumunda hararet yapar - Pozisyonu sabitlemek için fren gerekir - Robot üreticilerinin bir çoğu elektrik motorlarını tercih ederler. 5 Pnömatik Eyleyiciler -Ucuz -Hızlı -Temiz - Laboratuar çalışmalarında kullanılabilir - Endüstride sık kullanılan bir enerji türü gerektirirler - Havanın sıkışabilir olması kontrolü ve hassasiyeti azaltır - Egzoz gürültü kirliliği yaratır - Hava sızıntısı meydana gelebilir - Ekstra kurulama ve filtreleme gerekebilir -Hız kontrolü zordur Hidrolik Eyleyiciler - Büyük kaldırma kapasitesi -Hafif olmasına rağmen güçlü -Yağ sıkışmadığından bağlantılar sabit bir halde tutulabilir - Çok iyi servo kontrol yapılabilir - Kendini soğutabilir - Çabuk tepki verebilir - Alev alabilir ortamlarda güvenlidir -Düşük hızlarda yumuşak hareket edebilir - Pahalıdırlar - Yüksek hızlarda dairesel hareket için uygun değildirler - Boyutlarını küçültmek zordur -Ayrı bir güçkaynağına ihtiyaç duyar, bu da yer kaplar Eyleyiciler - actuators Görevi Güçleri çok düşük değerlerde olan -genellikle analog- siny alleri (mesela 0..0 V arasında gerilimler, 0 0 ma arasında akımlar) uy gulamada çok y üksek güç değerlerine dönüştürmek. Temel Yapısı Yardımcı Enerji YE Ue Ay ar Büy üklüğü Siny al dönüştürücü U Ay ar En. U Tahrik Aktarıcı (Aktif dönüştürücü) U3 Ay ar enerjisi Kay nak Süreç, malzeme vey a Enerji akışı Eyleyici Aktif eleman U4 Süreç Giriş akımı 6
Elektro-Mekanik Eyleyici Elektro-Mekanik Eyleyiciler kendi başlarına bir mekatronik sistemdir. İNFORMASYON AKIŞI Elektronik Kontrol Elemanı Tahrik Elemanı ENERJİ AK I ŞI (Mekanik) Konumlandırma Organı ALGIL AYICI Enerji Kaynağı Yardımcı Enerji Süreç Enerjisi 7 Mekanik Çıkış büy üklüklerinin elde edilmesi için Kuvvetler ve Yardımcı Enerjiler Enerji Türleri AKIŞK AN ENERJİSİ ELEKTRİK ENERJİSİ Alan kuvvetleri Atom-Molek. kuvvetleri Pnömatik Isıl Genleşme EYLEYİCİ Hidrolik Hafıza Etkisi Elektroliz basıncı Patlama basıncı KİMYASAL ENERJİ TERMİK ENERJİ Kuvvet Üretme Prensibi 8
Taşıtlarda Kullanılan Eyleyicilerin Özellikleri Yardımcı Enerji Potansiyel Ort. Çıkış Gücü Kütle başına güç W/kg Lineer harekete dönüşüm Dönme hareketine dönüşüm Elektrik Akü -4 V <00 40-30 Orta İyi Jeneratör 4-6 V <500 Hidrolik Motor Yağ B. -5 bar <00 000-500 İyi Orta Hidrolik Sist. 30-00 bar >000 Pnömatik Düşük Bas. Yükse k Bas. 0,-0,8 bar 6-8 bar <00 >000 5-5 00-400 İyi Orta 9 Farklı Eyleyici Prensiplerinin Sınıflandırılması Elektro-Mekanik Eyl eyi ciler Elektrik Motoru (AC/DC) Adım Motoru Elektro Mıknatıs Lineer Motor Akışkan Enerjili Eyl eyi ciler Hidrolik eyleyici Pnömatik eyleyici Konvansiyonel olmayan Eyleyiciler Piezo-elektrik Ey. Magnetostrik Ey. Elektro-Kimyasal Ey. Termobimetal Ey. Akıllı Metalden Ey. 0
Eyleyicilerin Farklı Dönüştürme Oranları U U ORANSAL ETKİ U (t) = K o U (t) t İNTEGRAL ETKİ U (t) = K i t 0 U (t )dt U U t ORANSAL ETKİ İLE ÇALIŞAN B İR MEKANİZMANIN STATİK DAVRANIŞI U Tek anlamlı Karakteristik U U Çok anlamlı Karakteristik (Histerisiz) Kuru sürtünme vey a boşluk kaynaklı kayıplar U
Bazı Konum Tahrik Mekanizmalarının Statik Çevrim Davranışları ORANSAL ETKİ Kara kt eristik İNTEGRAL ETKİ Karakteristik Eyl eyici Çalışma Prensibi Tek anl amlı lineer Nonlineer İki anlamlı Nonlineer (Hysterisiz) lineer Tek anl amlı Non lineer İki anlamlı Nonlineer (Hysterisiz) Elektro- Mekani k Adım mot oru Elektro-mı knatıs DC motor AC motor (şalterli) Sürtünme ve Elektrikli tahri k Akışkan Enerjili Pnöm. M embran mekanizması (karşı yaylı) Hidrolik ko num silindiri Pnömatik ko num silindiri Konvansiyon el olmayan Piezoser ami k Ey. Magnetostri ktif Ey Akıllı Metal Ey. 3 Eyleyicilerden Genel Beklentiler - Her iki yönde de tahrik ve frenleme yeteneği - Büyük yük taşıma yeteneği - Tam pozisyonlama için yüksek çözünürlük - İyi statik çevrim özelliği (mümkünse lineer, küçük sürtünme, boşluksuz) - Hızlı ve iyi sönümlenmiş dinamik özellikler (zaman sabiti küçük, titreşimsiz) - Büyük hız veya devir sayısı aralığında çalışma - Büyük değerli kuvvet veya moment üretebilme - Durma anlarında düşük sürtünme - Sinyal dönüştürme için uygun ara kesitler 4
Elektro-Mekanik Konum Belirleme Eyleyicileri Çok fazla kullanım alanı vardır. Çok f azla tür (elektrik motorları!!!) Farklı isteklere cevap verebilme y etenekleri y üksek Elektrik enerjisi nasıl kolay bulunabiliy orsa bu ey leyiciler de çok f azla üretilip kolay ve ucuz şekilde elde edilebiliy orlar. Dinamik dav ranışları iyi Pozisyonlama hassasiyetleri iyi Sistem v erimine etkileri hidrolik v e pnömatik sistemlere göre çok iyi Ancak çok büyük kuvvet ve moment değerlerinde yetersiz kalıyorlar. Fiziksel yapılarında sınırlamalar v ar. Sistemde titreşim varsa etkileniy orlar. Bu nedenle titreşime karşı ek önlem alma ihtiyacı var. 5 Yüksek çevre sıcaklıkları fonksiy onlarını olumsuz etkiliy or. Sıcaklık ve titreşim ömürlerini kısaltıyor. ADIM (STEP) MOTORLARI > Kare Profil > Büyük rotor çapı sayesinde 8. Nm'ye kadar moment. > Yüksek Moment/Eylemsizlik oranı. > 4 veya 6 bağlantı ucu. > Farklı sargı seçenekleri. > Enkoder montajına uygun. > Kısa süreli aşırı sürülebilme özelliği (yüksek moment tepe değerleri). 6
Physical size: Module,.7" Wide, 7.0" High, 3.0" Deep Module Connections: 80 pin PCB type edge connector Power Connections: 48VAC Motor Connections: Four or Eight lead Stepping Motors Limit Inputs: Two inputs, front panel limits status display Home Inputs: One input, f ront panel home status display Current Settings: Selectable; 0.5,,.5,,.5, 3, 3.5, 4 Binary Resolution:,4,8,6,3,64,8,56 Micro-Steps / Per Step Decimal Resolution: 5,0,5,50,5,50 Micro-Steps / Per Step Status output: TTL, High when normal Firma: ACS Systems 7 Moment Seri bağlı Paralel bağlı Hız Kullanıcı Arabirimi Komutlar Adım pulsleri Motor akımı İşlemci Sürücü MOTOR 8
Adım motoru Çalışma prensibi 9 Sabit Mıknatıslı Doğru Akım Motoru ve Mazot Pompası Gerilim Akım (max) Güç Basınç Akım Debi Teknik Özellikler 8 V (DC) A 300 W 0.7 bar - 4.0 bar 4.5 A - 0.5 A lt/dak - 4.5 lt/dak Kay nak: TEPAŞ Özellikler ve Kullanım Sahası Motor iki ayrı pompayı tahrik etmektedir.pompalar paletli tip olup rotor ve statorları ısıl işlem görmüş çelik malzemeden üretilmektedir. Motor mili rulmanlar ile yataklanmıştır. Kullanım Yeri : Kundağı motorlu top T-5,akaryakıt transferi için çeşitli uygulamalar. 0
Alternatif Akım Motorları Sincap kafes motorlar: HIZI 3000 /min 500 /min 000 /min 750 /mi n 500 /mi n GÜCÜ 95 kw - 0 kw 0 kw - 350 kw 40 kw - 400 kw 55 kw - 000 kw 50 kw Kay nak: SIEMENS Bilezikli motorlar: HIZI GÜCÜ 500 /min 400-85 kw 000 /min 500-050 kw 750 /min 330 kw Kuvvet ve İş Makinelerinin Statik Karakteristikleri Teknikteki bir çok uygulamada kuvvet ve iş makinelerinin statik karakteristikleri arasında uyumsuzluklar vardır. Bu uyumsuzluk uygulamada bir çok problemi beraberinde getirir. Yani kuvvet makinesi, iş makinesi tarafından istenen gücü ve ya m om enti her zam an sağlayamaz, bazen de fazlasını sağlar. Bu nedenle mekanik uygulamaların çoğunda (volanlar gibi) bazı ara depolama, dengeleme organlarının kullanılması ihtiyacı doğar.
Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği İş Makinesi Statik Karakteristiği Bazı elektrik motorlarının M-n karakteristiği.dc motor (paralel).dc motor (seri) 3.AC asenkron motor Taşıma, şekil verme, takım tezgahı.kren, asansör.hadde, matbaa mak 3.Torna 4.Freze M 3 M 4 3 n maks n n maks n 3 Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği İçten y anmalı motorların M-n karakteristiği (tam yükte). Otto motorları. Dizel motorlar İş Makinesi Statik Karakteristiği Taşıtlar. Otomobil. Kamy on 3. Gemi M M 3 n min n maks n ω 4
Kuvvet Makinesi Statik Karakteristiği Akışkan (hidrolik) motorların M-n karakteristiği (tam yükte). Kısıcı v anasız HM. Kısıcı v analı HM İş Makinesi Statik Karakteristiği Akışkan makineleri. Dairesel pompa (sabit basma yüks.). Dairesel pompa (sabit çıkış kesitli) 3. Pistonlu pompa M M 3 n maks n n maks n 5 TESPİTLER: Maksimum momente; DC motorlarda Asenkron motorlarda İçten yanmalı motorlarda ulaşılıyor. dururken, maks devirden az önce orta devirlerde Tüm motorlarda maksimum devirlerde moment azalıyor! İHTİYAÇLAR??? 6