Aktuator liniowy - dobre narzędzie, czy żyję marzeniami ?

[Gosucherry]

Witam, mam pewien projekt do wykonania. Pomyślałem, że doskonałym narzędziem byłoby zastosowanie aktuatora liniowego, lecz nie wiem czy istnieją modele o takich specyfikacjach... Otóż, projektem jest pewnego rodzaju żuraw :
Wiem, nie jestem dobry w rysowaniu Ale do rzeczy. Na rysunku widać, że żuraw ma pewną oś ( pozwalającą na ruch góra dół ramienia ) oraz aktuator liniowy który jest doczepiony do końca poziomego ramienia oraz do pionowej "nogi". Chodzi o to by móc owym żurawiem podnosić około 50kg ładunek. Z fizyki wiadomo, że jeżeli lewa część ramienia żurawia jest 4 razy krótsza od prawej, to siła również powinna być 4 razy większa. Dlatego dla 50kg=500N, na lewej stronie potrzebowalibyśmy 2000N. To niestety nie wszystko. Żuraw powinien być w stanie wykonać pełny zakres ruchu ( od minimalnie opuszczonego ramienia do pionowego wyprostowania ) w 0,25 sekundy. I ostatni gwóźdź do trumny - prawa strona ramienia musi mieć około 40cm. To są moje "wymagania" od idealnego sprzętu. Aby uprościć sprawę: [Siła uciągu]*[prędkość maksymalna pracy/4]>=400. Wszystko podawane w jednostkach elementarnych ( N, m/s ). Napisałem "idealnego" sprzętu, ponieważ po dokonaniu szybkiej matmy zrozumiałem, że równie dobrze mógłbym sobie życzyć Perpetuum mobile I tutaj moje pytanie do specjalistów - o ile musiałbym zmniejszyć "udźwig" ( niestety wymóg co do 0,25 sekundy jest wymagany, lecz szybkość-długość lewej strony dźwigni oraz siła mogą ulec zmianie ) by zrealizować taki projekt ? Moglibyście mi polecić jakiś katalog z możliwością filtrowania aktuatorów według ich charakterystyki ?

[noel20]

Żuraw powinien być w stanie wykonać pełny zakres ruchu ( od minimalnie opuszczonego ramienia do pionowego wyprostowania )

Fizycznie nie możliwe. Jeżeli to miałoby być już nie 180 stopni a 178 stopnie na przykład to już możliwe, ale dalej bardzo trudne.

lewej stronie potrzebowalibyśmy 2000N

Żuraw powinien być w stanie wykonać pełny zakres ruchu w 0,25 sekundy.

Takiego to i ja niedawno szukałem i to kilka dni. Nie znalazłem. Policz z wzoru na pracę, a później na moc jaki ten aktuator musiałby uwzględniając sprawność mieć silnik. Pewnie wyjdzie ci kilka kw.

Katalogu żadnego konkretnego polecić ci nie mogę, ale może lepiej będzie w osi obrotu zamocować koło zębate połączone z ramieniem żurawia i paskiem zębatym te koło połączyć z serwo na przykład. Myślę, że takie z przynajmniej 1kw dałoby radę w 0,25s się wyrobić, ale jeszcze nie wiadomo ile ze sobą dźwignie.

Ale orientujesz się, że ten ładunek 50kg rozpędzony w tak krótkim czasie na 80cm będzie miał konkretną prędkość i albo trzeba będzie go zatrzymać, albo sobie poleci gdzieś. Do tego konstrukcja musi to wytrzymać. Taka sama konstrukcja części ruchomej to pewnie z 50kg będzie ważyć, więc silnik ma dwa razy więcej roboty.

[ Dodano: 2013-12-12, 16:18 ]
Aktuatory są na przekładni śrubowej, więc więcej niż 10cm/s nie wyciśnie żaden, nie mówiąc o przyśpieszeniach.
No chyba, że odpowiednio duży siłownik pneumatyczny. I z siłą da radę i z szybkością. Tylko duży to musi być siłownik, węże grube, bardzo krótkie, przepustowość zaworów odpowiednia i odpowiednio duży zbiornik zaraz przy siłowniku.

[mc2kwacz]

Gosucherry dobrze że uprzedziłeś, dzięki temu unikniesz oskarżenia o naruszanie uczuć religijnych przez dorysowanie wielkiego stojącego penisa do wizerunku Męki Pańskiej
Ja bym spróbował to zrobić na siłownikach pneumatycznych. Potrzebne są 2 siłowniki pod kątem, odpowiedni układ sterowania zaworami, zawory o bardzo dużej przepływności i bardzo wydajne źródło sprężonego powietrza. Do tego konstrukcja musi być pancerna i trzeba rozwiązać problem aktywnego hamowania na krańcach. raczej nastawiłbym się na mniejszą dźwignię albo wręcz 1:1, wtedy będzie łatwiej zapanować nad całością. 500N czy 1kN dla pneumatyki to żaden problem. Prędkości tłoków też możliwe są bardzo duże.

[Gosucherry]

Masz rację, zbytnio to uprościłem. Wiadomo, że nie będzie w stanie ustawić tego idealnie pionowo, będzie odstawał parę stopni. Pneumatyka odpada, ze względu na specyfikę projektu - miało to być ramie sterowane silnikami elektrycznymi prądu stałego W sumie, nie przewidziałem ogromnych pędów które będą towarzyszyć tak przyspieszonym 50kg. Redukuję ciężar do 20kg, ponadto pomysł z serwami jest całkiem niezły, ale na razie znajduję serwa modelarskie ( ultra lekkie, ale niestety, zbyt słabe bo 4Nm... ). Co do szybkości ruchu to wysoka prędkość kątowa jest na prawdę zachęcająca Znajdę gdzieś serwa o momencie obrotowym 80Nm oraz prędkości kątowej rzędu 0,1 sekundy ? Brzmi nieco jak silnik z wierkartki. Czy może potrzebuję serwa + dodatkowej przekładni ( niestety, na przekładniach się nie znam ). Co do rysunku - rzeczywiście, nie zdawałem sobie wcześniej z tego sprawy.

[noel20]

pomysł z serwami jest całkiem niezły, ale na razie znajduję serwa modelarskie ( ultra lekkie, ale niestety, zbyt słabe bo 4Nm... )

ja miałem na myśli takie serwa:
http://www.ebay.com/itm/SIEMENS-AC-CNC- ... 1e638e04f7
Do tego przekładnię przynajmniej zwiększającą moment-przynajmniej 1:8.
A i to nie wiem czy w 0,25s da radę 20kg przesunąć na taką odległość.
Niech się wypowiedzą ci co mają doświadczenie z serwomotorami.

[ Dodano: 2013-12-12, 18:25 ]

Znajdę gdzieś serwa o momencie obrotowym 80Nm oraz prędkości kątowej rzędu 0,1 sekundy ?

Wątpię szczerze. Takie to chyba tylko na statkach stosują, albo atomowych łodziach podwodnych
Poza tym 80Nm to o wiele za mało. Jeżeli chcesz przestawić tą masę w 0,25s to potrzebujesz napędu przynajmniej kilkakrotnie mocniejszego. Ale tu właśnie przekładnia przychodzi z pomocą. Jednak na takie siły to nie wiem jak ją zrobić. Może na łańcuchu kilkurzędowym?

[ Dodano: 2013-12-12, 18:28 ]
A do czego to ma być? po co i na co? Jakbyśmy wiedzieli to byłoby łatwiej.

[Gosucherry]

Hmm, jestem nowicjuszem dlatego proszę o wybaczenie mi nie przemyślenia pewnych spraw. Już teraz świadom jestem że przy takich czasach osiągnięcie takich przesunięć jest skrajnie trudne do osiągnięcia. Tak rychłe przesunięcia są wymagane jedynie przy "pustych" obciążeniach, w sensie podniesie coś wolniej, puści i bardzo szybko opuści się w dół po to. Zależy mi na względnej mobilności urządzenia, dlatego elektryczne silniki a nie pneumatyka i sprężarki Gdybyśmy uwzględnili ostatnią poprawkę-wyrzeczenie, byłoby to możliwe ( wydawało mi się, że prędkość maksymalna takich aktuatorów jest taka sama, niezależnie od obciążenia ) ?

Co do pytania co to ma być : będzie to mechaniczne ramie, sterowane ludzkim ramieniem. Na razie sam staw łokciowy. Głównym celem jest nieograniczanie sprawności ruchowej.

[noel20]

Zależy mi na względnej mobilności urządzenia

Więc chcesz to zasilać z akumulatorów? Czyli względna mobilność to kilka dużych akumulatorów na przyczepce samochodowej? Bo inaczej 200kg samych akumulatorów transportować się nie da.

wydawało mi się, że prędkość maksymalna takich aktuatorów jest taka sama, niezależnie od obciążenia

Nie jest stała, ale nie spada więcej niż 50%. Tak czy inaczej ogromna siła i ogromna prędkość. Policz więc jak możesz ile energi trzeba zużyć, żeby masę 20kg przestawić po części okręgu, którego długość wyniesie 125cm. Następnie podstaw do wzoru na moc, bo znasz czas (0,25s) i napisz co Ci wyszło. To teoretyczna moc silnika w hipotetycznym aktuatorze. Ale rzeczywistość jest inna. Trzeba tą wartość pomnożyć przynajmniej x5.

Do tego potrzeba ogromnych ilości energii w krótkim czasie.

[Gosucherry]

Słowem - marzenia ściętej głowy W warunkach idealnych moc silnika w takim aktuatorze powinna być nie mniejsza niż 1kW, czyli w warunkach rzeczywistych... jest niestety poza zasięgiem. Niestety, czas reakcji w tym przypadku to killer Chyba nie ma możliwości by taki żuraw nadążał za ruchami ręki, tym bardziej z obciążeniem.

[noel20]

Chyba nie ma możliwości by taki żuraw nadążał za ruchami ręki, tym bardziej z obciążeniem

Niestety łatwo, ani tanio tego zrobić się nie da. Serwo byłoby do tego najlepsze plus jakaś dobra przekładnia, ale mocy do tego trzeba ogromne ilości. To znaczy ogromne jak na takie zastosowanie, robienie tego w miarę małym i mobilnym.

[Raven]

Z jakiegoś powodu exoszkielety jeszcze nie są ani tanie... ani powszechne... ani tak szybkie jak to co chciał byś zbudować...

Proponuję jednak prace nad projektem metodą małych skoków a nie skoku na głęboką wodę.