Para un perfil de movimiento determinado, ¿cuándo son insuficientes otras opciones para detenerse y se necesita un embrague o un freno?

Jul 23, 2023

Por Lisa Eitel | 19 de agosto de 2018

En el centro de la mayoría de los ejes de movimiento se encuentran los motores eléctricos. La parada de cargas en sus ejes se puede realizar con el propio motor eléctrico (llamado frenado interno en ciertos contextos) o con un embrague o freno externo. Para el primero, un enfoque simple es simplemente cortar la entrada de voltaje del motor y permitir que el eje se detenga por inercia. Esto es aceptable cuando las paradas son poco frecuentes: desde unas cuantas veces por minuto (para diseños que funcionan con motores pequeños) hasta unas cuantas veces por hora (para instalaciones de motores más grandes). Otra opción es utilizar controles para generar par de parada en el motor mediante frenado regenerativo para convertir energía cinética en eléctrica; frenado dinámico: inyección de corriente continua en el estator; o inversión eléctrica como taponamiento.

Pero cuando estos enfoques son demasiado lentos (incluidos todos los diseños de movimiento modernos para un alto rendimiento), se requieren frenos y embragues externos para lograr paradas o desacoples lo suficientemente rápidos. Esto se aplica a los transportadores, los manipuladores de equipaje de los aeropuertos, las escaleras mecánicas y los ascensores... así como a otros ejes que realizan paradas y arranques frecuentes, incluso tan solo 10 ciclos por minuto en algunos casos. Cuando las paradas y arranques ocurren a velocidades de ciclo mucho más altas, la inercia del motor puede degradar la rapidez con la que son posibles los arranques y paradas. Entonces, aquí los frenos de embrague suelen ser más adecuados, ya que desconectan la carga impulsada del motor para permitir que el primero funcione incluso mientras el freno activa y detiene la carga. Por supuesto, aunque aquí nos centramos en la capacidad de respuesta, las características de diseño a prueba de fallos son otro factor principal para la inclusión de frenos y embrague.

Los embragues y frenos mecánicos, eléctricos, fluídicos y autoaccionados son adecuados para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los frenos de resorte benefician los diseños de movimiento que reducen las cargas con el motor antes de que se active el freno... y son adecuados como mecanismos de retención. El control de los frenos eléctricos es sencillo y pueden mantener un ritmo de hasta mil ciclos por minuto. La mayoría de los frenos y embragues accionados por aire funcionan en frío y se mantienen con una acción mínima. Los frenos de fricción con geometrías de tambor, disco y cono brindan funcionalidad de freno electrónico con retención a prueba de fallas.

El tamaño y tipo de freno o embrague dependen de si el eje en cuestión realizará paradas de emergencia o paradas más suaves que sacrifican el embrague o el freno para proteger los sistemas y las cargas de los golpes. O, a veces, es más esencial que el freno realice paradas suaves para evitar cambios de carga y desalineación. Después de eso, otros criterios (velocidades de ciclo, capacidad térmica, envolvente de la máquina y cronogramas de MRO) dictan la selección final.

Los frenos eléctricos de resorte BXR-LE de Miki Pulley son adecuados para diseños de servomotores pequeños y precisos. Un diseño liviano optimiza el rendimiento y la eficiencia del servodrive. Su controlador de voltaje significa que el consumo de energía del freno se reduce a 7 V CC después de una fracción de segundo de 24 V CC para su accionamiento. En comparación con la mayoría de los otros frenos eléctricos, el freno BXR-LE consume sólo un tercio de la energía (y genera sólo un tercio del calor), aunque tiene la mitad de espesor. La velocidad es de 6.000 rpm; El par de fricción estática es de 0,044 ft.lb. a 2,36 pies-libra. y la temperatura ambiente de funcionamiento es de 14° a 104°F. Las aplicaciones de frenos BXR-LE incluyen aquellas en efectores finales, actuadores de husillo de bolas, mesas de posicionamiento XYZ e impresoras 3D.

Algunos consejos: Dimensionar embragues y frenos al par motor del eje de la máquina. Cuando un freno debe detener cargas verticales, tenga en cuenta cómo los motores pueden consumir brevemente corriente para generar una salida superior a su par nominal. Consulte las curvas de rendimiento en los archivos PDF del fabricante para conocer las clasificaciones de par dinámico a velocidades establecidas para hacer coincidir el freno o el embrague con el par máximo de salida del motor. Caso en cuestión: considere un transportador inclinado con ciclos de encendido y apagado regularmente espaciados. En este caso, un freno de resorte de apagado puede ser suficiente para evitar choques de carga durante cortes de energía. Pero las instalaciones de transportadores más complejas para colocar productos discretos de distintos tamaños, sin sacudidas, pueden necesitar múltiples velocidades de desaceleración, pueden necesitar un freno de resorte más sofisticado más un accionamiento del motor para detenerse... o incluso un freno de imán permanente para arranques y arranques rápidos pero suaves. se detiene.

Los limitadores de par no son embragues, ya que no están diseñados para deslizarse continuamente. Esa es una distinción importante cuando los ingenieros de diseño especifican tecnologías de desaceleración y desconexión para diseños mecánicos. Algunos consejos para una selección óptima del diseño: Primero considere si un limitador de torque solo protegerá contra fallas catastróficas o sobrecargas semirregulares. Esto indicará si un limitador de torsión económico de tipo fricción es suficiente o si el diseño requiere un diseño con retén de bola. Este último suele ser más costoso, pero puede deslizarse y activar un interruptor de límite para apagarlo y restablecerlo para reanudar la operación. Los limitadores de torque con retención de bola aquí pueden deslizarse varias veces en su aplicación... a diferencia de los limitadores de torque por fricción que requieren reinicio.

Al aplicar un limitador de torsión, confirme si se necesita un diseño sin juego. Tenga en cuenta que los limitadores de par pueden generar calor en sus conexiones de fricción, por lo que, tras su activación, el apagado del sistema es clave. Después de activarlo, el usuario final debe inspeccionar el limitador de torsión en busca de desgaste y daños por calor. Él o ella también debe verificar su par de ajuste... como en algunos diseños, ese valor disminuirá si el limitador de par ha estado funcionando por mucho tiempo. Mientras el limitador de par esté todavía dentro del rango de diseño, es seguro que presente cada vez más deslizamiento. Con algunos diseños de movimiento, un interruptor de límite o de proximidad combinado con controles puede detectar cuando el limitador de torque se desliza y apaga el sistema para permitir que el usuario final solucione el problema que estaba protegido (o contra el cual) estaba protegido el limitador de torque. || Información sobre las funciones del limitador de par proporcionada por el director de servicios de ingeniería de KTR, Chris Scholz.

Los módulos de freno, como el comprobador de frenos ROBA de mayr y el control de torsión ROBA, controlan el estado de los frenos de seguridad y pueden facilitar una desaceleración suave de máquinas y dispositivos. Aquí se muestra un módulo de control de frenos ROBA sin sensores. La electrónica rastrea la corriente y el voltaje y reconoce el movimiento del disco de la armadura para evaluar el estado del freno, así como la temperatura, el desgaste y la trayectoria de tensión o la reserva de fuerza de tracción; en otras palabras, si el imán del freno electromagnético tiene suficiente fuerza para atraer el disco de la armadura. Al alcanzar la reserva de fuerza de tracción, suena una señal de advertencia para solicitar servicio. Existe un diseño para voltaje CA; una próxima versión del módulo integrará la fuente de alimentación de entrada del freno (y reemplazará un rectificador separado) para el monitoreo de condición de conmutación y el control de freno en un solo dispositivo.