Избор на електромотори за конвейери

• Конвейерите намират приложение практически във всички отрасли на модерната индустрия
  
  
• Процесът по избор на електромотор за даден транспортен механизъм започва с подробен анализ на изискванията на приложението
  
  
• Сред приоритетните цели е да се осигурят достатъчна мощност и скорост на системата, наред с оптимална надеждност, ефективност и възможности за адаптивно управление

Към конвейерите и транспортните механизми в динамичните съвременни производства се поставят все по-високи изисквания за надеждност и ефективност, наред с нарастващото търсене на технологични решения за интелигентно управление на такива системи. Какви възможности в тази посока предлагат електромоторите от ново поколение и на кои фактори да обърнем внимание при избора на специфичен модел за интегриране в индустриален конвейер – ще разгледаме в настоящата статия.

Особености на съвременните приложения

Конвейерите намират приложение практически във всички отрасли на модерната индустрия. Различни по размери, функционални особености и конструкция механизми се използват за транспортирането на самостоятелни обекти, пакетирани групи продукти, складови единици и насипни материали през всички необходими работни станции.

Един от основните въпроси при проектирането на конвейерна система за дадено промишлено съоръжение, която изисква придвижването на големи количества суровини, компоненти или готови изделия, е какъв електромотор да бъде заложен в линията. Сред приоритетните цели е да се осигурят достатъчна мощност и скорост на системата, наред с оптимална енергийна ефективност и възможности за адаптивно управление.

Традиционно процесът по избор на електродвигател започва с подробен анализ на изискванията на приложението, включително типа на транспортираните материали или обекти, тяхното осреднено тегло, а също и условията на средата, в която транспортният механизъм ще бъде експлоатиран. На база тези изчисления се изготвя профил с технически спецификации, които избраният модел трябва да покрива.

За системи, движещи се с постоянна скорост, променливотоковите (AC) двигатели и мотор-редукторите се налагат като предпочитано решение, докато за високоскоростни транспортни ленти или такива с необходимост от управление на скоростта/посоката и максимален въртящ момент на малко пространство (независимо от натоварването) често се използват и безколекторни постояннотокови двигатели. За приложения, изискващи прецизно позициониране, стъпковите и сервомоторите са идеален избор.

Редица системни решения в съвременните производства се отличават с необходимост от свързване на мотора към контролер от по-високо ниво, PLC или човеко-машинен интерфейс. За такива случаи са подходящи електромоторите с функции за мрежова свързаност и улеснено управление посредством входно-изходни модули или RS-485/Modbus (RTU) връзка например.

Променливотоковите двигатели отлично отговарят на изискванията на промишлени транспортьори, които се движат с постоянна скорост в една посока. За системи, при които товарът трябва да бъде задържан на място или движението е във вертикално направление, приоритетно се избират AC двигатели с опция за активиране на електромагнитна спирачка при изключване. За стандартни спирачни изисквания променливотоковите модели с функции за управление на скоростта също са подходящ вариант. В цехове от хранително-вкусовата промишленост или други отрасли, където се налага почистване на оборудването с водна струя или работата му в контакт с влажни среди, се избират модели в специално или хигиенно изпълнение, например с клас на защита IP67 или по-висок.

Синхронните електродвигатели са подходящи за транспортни ленти, при които движението е постоянно и еднопосочно с фиксирана скорост, независимо от въртящия момент. Нискоскоростните варианти са отлично решение и за механизми, при които са характерни често спиране, стартиране и обръщане на посоката на придвижване.
Промени в скоростта на електромотора е възможно да бъдат правени посредством комбинирането му с контролна верига. Така конвейерът може лесно да превключва между различни режими на работа с висока или ниска скорост, както и да отговаря на команди за произволно регулиране на скоростта. IoT базираните компоненти за задвижващи системи от ново поколение с интегрирани сензори за температура, влажност, вибрации и други променливи правят възможно интелигентното управление на двигателя и усъвършенствани функции като прогнозен мониторинг и превантивна диагностика на повреди.

Стъпковите мотори се отличават с това, че са способни да генерират висок въртящ момент при ниски скорости, като същевременно минимизират вибрациите. Те са оптимални за сценарии, изискващи бързо позициониране в рамките на кратък ход на системата. Двигателите от тази категория са лесни за управление и осигуряват плавна работа дори при големи инерционни натоварвания и едрогабаритни лентови механизми. Сервомоторите са идеални за позициониране на дълги разстояния, използвайки плоска характеристика на въртящия момент в диапазона от ниски до високи скорости.

Основни съображения при избор

Подходящият тип двигател за всяка система се избира основно в зависимост от размера на конвейера, както и от транспортния капацитет на системата. Задължително е да се вземат предвид и фактори като скорост на предавателния механизъм, наклон на транспортната лента, време за работа, условия на средата, специфичен коефициент на запас на редуктора и т. н. Освен върху експлоатационните характеристики, тези специфики влияят и върху големината на необходимата инвестиция.
Важни стъпки от анализа на приложението при избор на електродвигател за транспортна система са изчисленията във връзка с очакваното натоварване, предавателното съотношение на лентата, въртящия момент на мотора и неговата мощност. Те позволяват да се предвиди подходящ капацитет на двигателя, като същевременно се гарантира достатъчна товароносимост, без да се консумира твърде много енергия в процеса. Препоръчително е, особено при големите по мощност и габарити модели, електромоторът да се свърже със съединител, за да се инициира достатъчен въртящ момент и гладък, плавен ход на системата.

При избора на решение за конкретно приложение е от ключово значение да се отчете дали транспортьорът ще работи в условия на влага, запрашаване, в контакт с вода, отпадъчни материали или във взривоопасна среда. За такива сценарии електромоторите в стандартно изпълнение не са достатъчно надеждни, като се препоръчва закупуване на двигател в специално изпълнение със съответния клас на защита. В допълнение, транспортните ленти и техните компоненти трябва да бъдат позиционирани в подходящо положение, така че да не се компрометира способността за разсейване на топлината на двигателя.

Изборът на електромотор за транспортиране на компактни обекти, складови единици и насипни материали съществено се различава. Различни потоци от единични изделия, компоненти, продукти и товари се придвижват в производствените и преработвателните отрасли, например в хранително-вкусовата промишленост и опаковъчната индустрия, в складове, логистични и дистрибуционни центрове, а също и в транспортни хъбове като летища и т. н. Наред с преместването им между различни точки в пространството, конвейерните ленти често се налага да позиционират и сортират съответните обекти. От значение са не само оптималната скорост и надеждност, но и ефективното им и точно обработване.

Най-общо, изборът на решение се свежда до анализ на описаните по-горе ключови фактори наред с особеностите на конкретната локация, в която ще работи транспортната лента, както и съобразяване на останалите компоненти на системата с планирания електромотор. Някои механизми с прекъснати работни цикли за леки и средни натоварвания се конструират с по-малки по размери и олекотени компоненти, докато големите индустриални транспортьори за тежък режим на работа, непрекъснат работен цикъл или агресивни среди най-често включват части, които са по-обемни, плътни, усилени и устойчиви.

За транспортирането на суровини и насипни материали като пясък, чакъл, камъни, въглища, минерали, цимент, сол, захар, зърно, брашно и други се използват конвейери със специална конструкция, които типично са предназначени за по-големи натоварвания и тежки работни условия. Сред основните приложения на такива системи са минната и стоманодобивната промишленост, ХВП, циментовата и строителната индустрия, енергетиката и т. н. Освен на високи натоварвания при придвижването на материали с голяма маса, тези механизми често са изложени на твърде високи или ниски температури, корозивни и абразивни агенти, включително прах, различни субстанции със зърниста структура, химикали, влажност, солена вода и др. Двигателите, моторизираните ролки и останалите ключови компоненти на конвейерите в такива приложения обикновено са в херметически затворени корпуси и се отличават с висока издръжливост на различни външни въздействия.

Допълнителни фактори

Освен изброените дотук ключови фактори, които е препоръчително да бъдат взети предвид при избора на електродвигател за индустриален конвейер, специалистите съветват да се отчетат още някои параметри на системата и приложението. Сред тях са необходимата скорост на придвижване на потока от продукти/материали, максималната скорост на транспортната лента, дължината на конвейера, размерът на транспортираните обекти или максималната височина на купчината насипен материал, височината на повдигане при движение (и) във вертикално направление, тип и ширина/дебелина/тегло на транспортната лента, както и тип на поддържащия лентата механизъм.

От съществена важност при подбирането на оптимален електромотор могат да бъдат още фактори като: тип поток на транспортираните обекти/материали (прекъснат или непрекъснат), режим на работа (лек, нормален, тежък), пикове на технологичния поток, пикови стойности на работните параметри и условията на средата (температура, влажност, вибрации и т. н.), а също и номинални изисквания за безопасност. В някои приложения е препоръчително да се изчислят и средното тегло на транспортираните единици, както и коефициентът на триене на конвейерната лента.

След анализ на базовите спецификации и допълнителните съображения проектантите могат да подходят към изчисляване на необходимата мощност на мотора и избор на спомагателни механични и електрически компоненти. Лентовите транспортьори с вътрешно захранване например традиционно включват двигатели с директно задвижване и маслено охлаждане и предавателни механизми, монтирани в корпуса на ролката. Предавателните кутии са винтови/зъбни с двустепенна или тристепенна редукция. Този тип задвижвания обикновено гарантират ефективност в диапазона 94 – 97%.

Макар на пазара да се предлага изключително богат избор от типови конструкции, модели и марки конвейери, базовите комбинации от двигател/предавателен механизъм/компоненти за управление могат да се обобщят в няколко групи: системи с единичен или множество предавателни механизми; системи с вътрешно или външно задвижвани ролки; системи с постоянна или променлива скорост на транспортната лента.

За приложения с променлива скорост се вземат предвид три основни параметъра, а именно въртящ момент, скорост и инерция. На база техните стойности се избира и съответният типоразмер електромотор, като основна цел е да се избегне както преоразмеряване, така и недоразмеряване. Голяма част от производителите на електродвигатели предлагат специални калкулатори под формата на онлайн инструменти или мобилни приложения, които да подпомогнат проектантите в избора на оптимално решение. Единственото, което е необходимо да направят потребителите, е да въведат изчислените стойности на няколко базови параметъра на системата и/или приложението. Възможна е и селекция на модел според желаните функции за управление.

Освен фирмените калкулатори през последните две десетилетия станаха популярни и универсалните софтуерни инструменти за проектиране на конвейерни системи. В тях са заложени стандартите и насоките на Асоциация на производителите на конвейерно оборудване (CEMA), както и други приложими технически източници и ръководства. Платформите от този тип изчисляват изискванията за мощност на задвижващата система на конвейера и проверяват траекториите на потоците от продукти/материали, както и напречните сечения на запълване на транспортната лента. Отчетени са допустимите отклонения при различните типове и конструкции конвейерни системи. Целта на софтуера е да даде възможност на дизайнерите бързо да изчисляват изискванията за мощност на електромотора, като същевременно оптимизират скоростта на лентата спрямо нейната ширина. Това им позволява да изберат най-малките задвижващи устройства, които отговарят на изискванията на конкретното приложение.