Jak działa siłownik elektryczny? Budowa oraz zastosowanie

Mechanika siłownika, czyli jak działa siłownik elektryczny?

Dużo mówi się o siłownik linowych, że są proste, tanie i bezpieczne. Mało się jednak mówi o tym w jaki sposób działają i co sprawia, że tłok się porusza. Ta technologia ciągle się rozwija, ale zasada działania pozostaje niezmienna. .
Dziś odpowiemy sobie na podstawowe pytania tj. jak działa siłownik elektryczny, jaka jest jego budowa oraz jakie są jego zastosowania.

• Rodzaje siłowników elektrycznych
• Budowa liniowego tłokowego siłownika elektrycznego
• No dobrze, ale skąd siłownik „wie”, kiedy ma się zatrzymać?
• A co, gdy trzeba wiedzieć, w którym miejscu jest tłok?
• Wszystko jasne, ale do czego można użyć elektrycznych siłowników liniowych?
• Siłowniki elektryczne w pojazdach i maszynach rolniczych
• Jakie są jeszcze inne zastosowania siłowników?

Rodzaje siłowników elektrycznych

Kiedy mówimy „siłownik elektryczny”, to najczęściej mamy na myśli tłokowy siłownik liniowy, w którym jedna część wysuwa się z drugiej. Ale okazuje się, że nie są to jedyne siłowniki elektryczne, jakie można spotkać w handlu. Dokonajmy więc jakiegoś podstawowego podziału.

Podstawową grupą siłowników elektrycznych, są siłowniki o ruchu liniowym, wśród których można wyróżnić:

• siłowniki z tłoczyskiem, w których jedna część (tłoczysko) wysuwa się z nieruchomej części stałej:
  • ze śrubą trapezową, kulową lub wałeczkową
  • jednostronnego działania (pchające lub ciągnące) albo dwustronnego działania
  • z mocowaniami osiowymi lub z tylnym mocowaniem bocznym
  • tłoczyska jedno- lub wielosekcyjne (teleskopowe)
• siłowniki beztłoczyskowe, w których po śrubie napędowej przemieszcza się wózek, do którego mocuje się poruszany element.

Ponadto, można też spotkać siłowniki o ruchu obrotowym, w których element wyjściowy obraca się zamiast wysuwać lub chować. Siłowniki takie, często są stosowane przy bramach skrzydłowych, na szerokich słupkach (mają łamane ramiona).

Każda z wymienionych grup siłowników, może być zasilana silnikami prądu stałego lub przemiennego. Ponadto, siłowniki elektryczne mogą mieć wbudowane styki krańcowe lub być wykonywane bez nich. Mogą być także wykonane w wersji ze sprzężeniem zwrotnym (potencjometr, impulsator) lub bez tych dodatków.

Budowa liniowego tłokowego siłownika elektrycznego

Najprościej rzecz ujmując, siłownik elektryczny (zwany także jako siłownik liniowy, aktuator liniowy) zbudowany jest z silnika i przekładni zamieniającej ruch obrotowy wirnika, na ruch liniowy tłoka.

Aby można było osiągać odpowiednio duże siły na końcówce tłoka, z reguły stosowane są przekładnie wielostopniowe.

Siłowniki elektryczne różnią się w budowie od pneumatycznych lub hydraulicznych i to dość znacznie. Nie napędza ich sprężone powietrze lub olej tłoczony pompą, a energia elektryczna. Dzięki temu sterowanie i obsługa, takiego siłownika, są dużo prostsze i tańsze. Nie trzeba się obawiać o nieszczelności, które mogłyby się pojawić w przypadku siłownika hydraulicznego, czy pneumatycznego. Ubytki takie, mogłyby powodować zmniejszenie siły działania siłownika. Dodatkowo, nie trzeba wymieniać drogich pomp, czy sprężarek, które naturalnie się zużywają. Instalacja sterująca siłownikiem elektrycznym, jest więc znacznie mniej skomplikowana, a przez to tańsza i prostsza w montażu.

Jak zatem wygląda mechanika naszych siłowników? W dużym uproszczeniu przedstawia to poniższy rysunek. Obrazuje on zasadę działania elektrycznych siłowników śrubowych.

Zasada działania takiego siłownika jest banalnie prosta. Silnik elektryczny za pomocą przekładni obraca śrubą napędową, po której przesuwa się nakrętka. Do nakrętki przymocowany jest tłok. Ruch nakrętki po śrubie napędowej w konsekwencji daje ruch całego tłoka (wysuwa się on lub chowa do korpusu siłownika). Prawda, że to proste?

Taka budowa siłownika sprawia też, że siłownik jest w stanie utrzymać włożony na niego ciężar nawet wtedy, kiedy odłączone jest od niego zasilanie. Wielostopniowa przekładnia, a najbardziej śruba napędowa i nakrętka, która się po niej porusza, powodują, że układ jest „samohamowny”. Chodzi o to, że nie można wcisnąć, albo wyciągnąć tłoka, kiedy nie działa silnik. Oczywiście, gdy na siłownik postawi się zbyt duży ciężar, przekładnia „przestanie być samohamowna”, bo siłownik po prostu ulegnie uszkodzeniu.

No dobrze, ale skąd siłownik „wie”, kiedy ma się zatrzymać?

Stop siłownika, zawsze można wywołać odłączając zasilanie od silnika. I tutaj pojawiają się różne drogi do celu.
Niektóre siłowniki nie posiadają wbudowanych „krańcówek”, które mogłyby go rozłączyć w żądanych pozycjach (na przykład siłowniki ETM-01 i ETM-02 firmy Elektrobim). Co wtedy? Takie siłowniki przewidziane są do współpracy ze sterownikiem, który wyposażony jest w układ pomiaru prądu, płynącego przez siłownik.

Po co to wszystko? Jeśli siłownik ma obsługiwać bramę skrzydłową, to jest to całkiem sensowne rozwiązanie. Centrale sterujące na ogół są wyposażone w wyłącznik przeciążeniowy. Rozłączenie siłowników, nastąpi po oparciu się skrzydeł, o ograniczniki. Zamontowane są one w tych miejscach, w których skrzydła mają się zatrzymywać. Opór powoduje wzrost prądu, który płynie przez siłownik, a to jest „wyczuwane” przez sterownik. Dociśnięcie skrzydeł bramy do oporników, powoduje za każdym razem, wykasowanie luzów na bramie. A skrzydła zatrzymują się zawsze w tych samych miejscach. Nawet z upływem czasu, nie dochodzi do utraty precyzji.

Inne siłowniki, mogą mieć wbudowane wyłączniki krańcowe schowane wewnątrz siłownika. W takim przypadku, sygnał nie jest wyprowadzony z siłownika, do układu sterującego. A sama „decyzja”, o odłączeniu zasilania od silnika, realizowana jest, właśnie, przez te wbudowane krańcówki. Ruch tłoka w kierunku przeciwnym, stanie się możliwy, dopiero po odwróceniu polaryzacji napięcia zasilania siłownika. Przykładami takich siłowników mogą być wszystkie modele z serii Power Jack, FDI, LAD, SL, LD1, HIP, AGR21 i CAR+ dostępne w ofercie Elektrobim.

Układ elektryczny w najprostszej postaci wygląda jak na rysunku poniżej.

Można też spotkać siłowniki z krańcówkami, z których sygnał jest wyprowadzony na zewnątrz siłownika. Można go podłączyć do układu sterującego. Zasadnicza różnica pomiędzy tym, a wcześniej opisanym przypadkiem jest taka, że w tym przypadku krańcówki nie odłączają napięcia od silnika. Zadanie to musi wykonać sam sterownik, gdy otrzyma sygnał z krańcówek.

Bardziej skomplikowane jest także podłączenie takiego siłownika. Dzieje się tak, ponieważ już nie wystarczą 2-żyłowe przewody, ale potrzeba ich minimum 5 (jeśli krańcówki mają jedną końcówkę wspólną).

A co, gdy trzeba wiedzieć, w którym miejscu jest tłok?

Nie ma problemu! Wystarczy wybrać odpowiedni siłownik. Może to być na przykład taki, który posiada czujnik generujący jakąś ilość impulsów wyjściowych na jednostkę przesunięcia tłoka. W ofercie Elektrobim jest kilka takich siłowników. Są to między innymi siłowniki z serii Power Jack czy FDI. Wadą takich rozwiązań jest to, że trzeba po każdym włączeniu zasilania, przeprowadzić kalibrację układu. Jest to konieczne, żeby w czasie pracy obliczać położenie tłoka, na podstawie jego przesunięcia. Zliczane są impulsy wyjściowe czujnika. Mogą się pojawić niedokładności, jeśli układ sterujący „zgubi” jakiś impuls.

Co w przypadku, kiedy potrzebujemy znać pozycję tłoka, a nie mamy możliwości kalibrowania układu po każdym jego włączeniu? Wtedy wyjściem z sytuacji, jest użycie siłownika wyposażonego w potencjometr lub enkoder wyjściowy.

Posiadamy w naszej firmie, siłowniki z potencjometrem wyjściowym. Jest to seria GNT. Układ sterujący powinien mierzyć rezystancję pomiędzy końcówkami potencjometru i na tej podstawie obliczać aktualną pozycję tłoka. Tak oto odpowiedzieliśmy na pytanie „Jak działa siłownik elektryczny”.

Wszystko jasne, ale do czego można użyć elektrycznych siłowników liniowych?

Pole do popisu jest OGROMNE! Możliwości zastosowania siłowników, ograniczona jest, chyba tylko naszą wyobraźnią.

Najczęściej siłowniki firmy Elektrobim, wykorzystywane są do automatyzacji bram skrzydłowych. Chcesz otwierać bramę do środka lub na zewnątrz posesji? Potrzebujesz, żeby jedno skrzydło otwierało się szerzej niż drugie? Masz wąskie słupki, albo wręcz przeciwnie – tak szerokie, że łatwiej je przeskoczyć niż obejść dookoła? Nasze siłowniki nadają się do KAŻDEJ bramy bez wyjątku! Oczywiście nie każdy siłownik, można założyć na każdy rodzaj słupka. W naszej ofercie, dobierzesz takie siłowniki lub gotowe zestawy, które idealnie będą pasować do Twojej bramy.

Chcesz otwierać automatycznie klapę do piwnicy lub na strych? Polecamy siłowniki FDI, które pracują niezwykle cicho i kulturalnie, a wewnątrz pomieszczeń będą kompletnie niezawodne.

Gwarantujemy, że nie postawisz na nogi połowy osiedla, otwierając klapę na strych, ponieważ tych siłowników po prostu NIE SŁYCHAĆ. Siłowniki te są wykonane bardzo estetycznie, precyzyjnie i mogą przenosić obciążenia nawet do 400kg.

Masz pod opieką inwalidę, który musi mieć regulowane krzesło lub wezgłowie łóżka? Tutaj również z pomocą przyjdą siłowniki FDI. Dodatkowo firma Elektrobim ma w swojej ofercie dedykowany sterownik z pilotem kablowym, który jeszcze bardziej ułatwi zbudowanie układu.

Siłowniki elektryczne w pojazdach i maszynach rolniczych

Masz jacht i chcesz elektrycznie unosić silnik? Nic prostszego, użyj siłownika serii CAR+ lub Power Jack 12V. Wystarczy tylko sterownik z pilotami lub odpowiedni przełącznik i sprawa jest załatwiona.

Jesteś rolnikiem i potrzebujesz zrobić układ poziomowania belki opryskiwacza lub chcesz wykonać sterownik ścieżek technologicznych w siewniku? Podobnie jak na jachtach, tutaj też przydadzą Ci się siłowniki na zasilanie 12V i prosty układ sterujący z oferty Elektrobim-u. Mały przełącznik „wajchowy” lub większy dwuklawiszowy doskonale potrafią sterować naszymi siłownikami. A jeśli marzy Ci się jakaś miara ekstrawagancji, to użyj sterownika z pilotem radiowym.

Hodujesz zwierzęta? Masz kury albo jakieś inne zwierzaki i musisz je wypuszczać codziennie rano z zagrody i zamykać wieczorem? Chciałoby się pospać dłużej, ale nici z tego, bo zwierzyniec czeka? Teraz już możesz spać spokojnie! Wystarczy, że użyjesz któregoś z naszych siłowników w połączeniu ze sterownikiem czasowym (mamy doświadczenie w budowaniu takich układów). Wystarczy zaprogramować czas otwarcia i zamknięcia drzwi kurnika, czy zagrody, w każdym z dni tygodnia i jest po sprawie! Lepiej pospać dłużej, bo:
„kto rano wstaje… ten się nie wyśpi!” :)

Jakie są jeszcze inne zastosowania siłowników?

Podnoszona klapa w pickupie? System nadążania za słońcem (sun tracking)? Otwierana na pilot szuflada w biurku? Telewizor wysuwający się automatycznie ze ściany? Łóżko automatycznie chowane w szafie? Otwierane na pilot okno w hali kilka metrów nad ziemią? Automatyczny podnośnik do motocykla? Klapy oddymiające? Świetliki w dachu sterowane zdalnie? Tablica reklamowa na budzie z hotdogami składana siłownikiem? Sterowanie ścieżkami siewnika? Podnośnik automatyczny dla inwalidów? …

Z naszymi siłownikami da się zrobić wszystko, co tylko sobie wymarzysz. Nie ma ograniczeń w możliwych zastosowaniach. Siłowniki umilą Ci użytkowanie tej nieznośnej bramy, której nigdy nie ma komu otworzyć, kiedy pada deszcz. Naciśniesz przycisk i przed tobą same otworzą się wrota do „skarbca”, który masz na strychu. Bez wstawania z łóżka wypuścisz na wybieg zwierzaki, otworzysz sobie okno, czy wysuniesz ze ściany telewizor…

Wszystko to dzięki bogatej ofercie liniowych siłowników śrubowych dostępnych w firmie Elektrobim.