Lappeenranta University of Technology, Finland Mekatroniikan peruskurssi Luento 1 / 15.1.2013 Rafael Åman LUT/Älykkäiden koneiden laboratorio
Tehonsiirto voidaan toteuttaa: Mekaanisesti Hydraulisesti Pneumaattisesti Sähköisesti
Tehonsiirto mekatroniikassa (teollisuussovellukset) Mek. Sähkö- Mek. Hydr. pumppu Hydr. Sähkömoottori Toimilaite Mek. Mek. Pneum. Kompressori Toimilaite Mek.
Tehonsiirto mekatroniikassa (liikkuvan kaluston sovellukset) Mek. laite Sähkö Sähkögeneraattori Toimi- Mek. Mek. Hydr. pumppu Hydr. Polttomoottori Toimilaite Mek. Mek. Pneum. Kompressori Toimilaite Mek. Mek.
Sähköinen tehonsiirto Edut Sähkön helppo saatavuus Pienemmät kustannukset Ei merkittäviä ympäristöhaittoja Nopeat liikkeet mahdollisia Hyvä paikoitustarkkuus saavutettavissa
Sähköinen tehonsiirto Heikkoudet Vaurioriski ylikuormitustilanteissa Heikohko tehotiheys hydrauliikkaan verrattuna Turvallisuusriskit (palovaara, sähköiskut) Kalliit komponentit Korjaaminen edellyttää erikoisammattitaitoa Muunneltavuus uusiin tilanteisiin hankalaa Lämpeneminen pienillä nopeuksilla ja isoilla kuormilla (voimansäätö hankalaa)
Sähköisellä tehonsiirrolla varustettu teollisuusrobotti Ruiskuvalurobotti
Vihivaunu eli automaattitrukki AGV www.rocla.com
Sähköinen tehonsiirto kiskoliikenteessä Sr2 sähköveturi (ABB-SLM / Bombardier) Pendolino (Ahlstom) Raitiovaunu vm. 2013 (Transtech) HKL metrojuna M200 (Bombardier/Ahlstom)
Sähköinen tehonsiirto ajoneuvossa ERA Electric Race About EVA sähköauto (Valmet Automotive)
Hydraulinen tehonsiirto Edut Helppo aikaansaada suuria voimia ja momentteja Hyvä tehotiheys (laitteiden koko pieni suhteessa tehoon) Kestää kohtuullista ylikuormitusta ja on pehmeäkäyntinen Hyvä aseman, nopeuden ja voiman säädettävyys Käyttökelpoinen laajalla lämpötila-alueella (-40 0 - +50 0 C) Parempi hyötysuhde kuin pneumatiikalla Hyvä kestävyys
Hydraulinen tehonsiirto Heikkoudet Epäsiisteys, hydraulijärjestelmästä vuotaa aina jonkin verran öljyä Työturvallisuustekijät palovaara neulanreikäsuihkut hydraulinesteiden terveyshaitat letkurikon aiheuttamat kuorman putoamiset Muunneltavuus hankalaa Kalliit komponentit Vaatii hydraulikoneikon Vaatii säännöllistä, ammattitaitoista huoltoa (huoltokustannukset jopa 60% kaikista kust.)
Liikkuvat työkoneet
VALMET Optiload kalanteri
Hydraulinen tehonsiirto teollisuuden koneautomaatiossa Hydraulisesti taipumakompensoitu paperikonetela
Pneumaattinen tehonsiirto Edut Kestää hyvin ylikuormitusta. Toimilaitteen aseman lukitus järjestettävä mekaanisesti. Nopeat liikkeet mahdollisia (jopa 5m/s) Huokeat komponentit, paineilmaa yleensä saatavilla Huolto helppoa, varaosat edullisia Muunneltavuus uusiin olosuhteisiin helppoa Ei tarvita paluujohtoa Mahdollisuus paineilman varastointiin (paineilmasäiliöt) Pehmeät tartunnat kappaleisiin ja hyvä voiman säätö puhdasta, voidaan käyttää elintarvike- ja lääketeollisuudessa Soveltuu räjähdysvaarallisiin tiloihin (ammus-, ilotulite jne. tehtaisiin)
Pneumaattinen tehonsiirto Heikkoudet Huono tehotiheys (voimat vain 2-5% vast. hydraulisen toimilaitteen voimasta) Aseman ja nopeuden hallinta hankalaa Venttiilien ja toimilaitteiden välimatkat aihettavat viiveitä Huono pakkaskestävyys, tarvitsee hyvän ilmankuivaajan Huono hyötysuhde => Korkeat kokonaiskustannukset Turvallisuustekijät Paineenalaisen kaasun purkautuminen kuorman putoaminen vauriotilanteessa Ympäristöhaitat (öljysumu, melu)
Lasilevyjen käsittelijä (Festo)
Elintarvikkeiden tuotanto- ja käsittelylinjat
Pneumaattisia laitteita Mobilekompressori (Atlas Copco) Paineilmahiomakone Teollisuuskompressori (Kaeser) Mutterinväännin (Atlas Copco)
Sähkögeraattorin ja hydraulipumpun tehotiheys (kg/kw),(dm 3 /kw) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 gener. pumppu Paino/teho-suhde Koko/teho-suhde
Sähkö- ja hydraulimoottorin tehotiheys (kg/kw),(dm 3 /kw) 6 5 4 3 2 Paino/teho-suhde Koko/teho-suhde 1 0 Sähköm.
Sähköisen liikkuvan kaluston moottorin paino/teho-suhde on 8-63-kertainen tyypilliseen hydraulimoottoriin nähden. Koko/teho-suhde on 12-34-kertainen.
Energian siirron hyvyys Pneumatiikka paineilmamoottori kuluttaa ilmaa normaaliolosuhteissa (0,6 MPa) n. 1.4 Nm 3 /min / akseli-kw Kompressorin tehontarve paineilman tuottamiseen keskim. 10kW 1.4 Nm 3 /min (0,6 bar) lisäksi putkiston ja venttiilistön häviöt -> Kok. hyötysuhde alle 10% Hydrauliikka hydr. pumppu 85-95% putkisto ja venttiilit 85-95% hydr.moottori 85-95% hydr.syl. 90-95% siirryttäessä mekaanisesta sta hydr. järjestelmän kautta takaisin mekaaniseen an saadaan prosessin hyötysuhteeksi 65-80%