CZ23976U1 - Systém pohonu pracovního stroje, zejména pro pohon obráběcího stroje - Google Patents

Description

Systém pohonu pracovního stroje, zejména pro pohon obráběcího stroje

Oblast techniky

Technické řešení se týká uspořádání pohonu pracovního stroje, zejména pro pohon obráběcího stroje tvořeného momentovým motorem a úložným systémem.

Dosavadní stav techniky

Doposud se pohon pro pracovní stroje, zejména obráběcí stroje, například pro karusely, obráběcí centra, otočné stoly či veliké polohovací stolice řešil pomocí klasických elektromotorů opatřených převodovkou. Elektromotor je obvyklé konstrukce. Jeho hlavními Částmi jsou pevný stator a otočný rotor, které jsou navzájem odděleny vzduchovou mezerou. Pomocí systémů vinutí io umístěných v obou částech se přiváděná elektrická energie prostřednictvím elektromagnetického pole ve vzduchové mezeře mění na mechanickou, kterou motor odevzdává na hřídeli rotoru hnanému zařízení. Pro tento účel je obvykle konstruován elektromotor s dlouhým rotorem o menším průměru. Síla elektromotoru a tím výkon se vyvozuje tak, že vektor síly je malý, ale působí po větší délce (délka motoru) tak, že malé vektory se sčítají. Spojení elektromotoru s převodovkou má za úkol převádět vysoké otáčky a nízký točivý moment na nízké otáčky a vysoký točivý moment, které jsou nutné pro pohon těchto obráběcích strojů. Takovéto konstrukční uspořádání přináší řadu nevýhod mimo jiné i nutnost použití veliké a složité převodovky. Použití převodovek složitých konstrukcí přináší řadu problémů, jako je vůle mezi převody, která způsobuje hlučnost a nepřesnost. Zanedbatelná není ani vysoká složitost zařízení, což má za důsledek vysoké

2o výrobní náklady. Velmi problematickou se jeví možnost přesného polohování nebo možnost polohování při interpolaci dvou a více os. Výše uvedené nedostatky odstraňuje momentový motor. 1'yto motory jsou permanentně buzené střídavé synchronní motory, které se vyznačují velkým momentem při nízkých otáčkách. Takovéto parametry umožňují konstruovat pohony bez převodovek. Hřídel motoru je uložena v radiálních ložiscích a motory jsou opatřeny snímačem polohy a vodním chlazením. Jejich předností je nejenom malý zastavěný prostor, čehož je dosaženo vypuštěním převodovky, ale také prakticky žádné vůle, větší celková účinnost, vysoká dynamika, žádná údržba převodovky a též i menší hlučnost v porovnání s pohonem opatřeným převodovkou. Doposud se momentové motory uplatnily na strojích pro zpracování plastů, textilních, balicích a papírenských strojích.

3o Podstata technického řešení

Účelem tohoto řešení je vytvoření takové konstrukce pohonu pro pracovní stroje, zejména obráběcí stroje, která umožní přesný rozběh a zastavení stolu obráběcího stroje o veliké hmotnosti, přičemž tato konstrukce je použitelná i pro pohon elektrických strojů a pohon radarů.

Tento úkol splňuje a uvedené nedostatky odstraňuje konstrukce pohonu pracovního stroje, při použití zejména pro obráběcí stroje, jehož podstata spočívá v tom, že integrální součástí jeho pevné části je stator momentového motoru a integrální součástí jeho otočné části je rotor momentového motoru, kde rotor i stator momentového motoru jsou uspořádány souose vůči sobě a centrální ose stroje a jsou upevněny k úložnému systému, přičemž poměr průměru statoru k výšce statoru momentového motoru je větší než 2. Točivý moment motoru je větší než

10 000 Nm a motor má větší počet pólů, zpravidla větší než 100.

Pohon pro stroje, při použití pro veliké obráběcí stroje, například karusely má pevnou část tvořenu podstavcem stroje, v němž je upevněn stator momentového motoru opatřený alespoň jedním vinutím, zatímco otočnou část tvoří pracovní deska stroje, jejíž součástí je rotor momentového motoru opatřený alespoň jedním permanentním magnetem, přičemž rotor i stator momentového motoru jsou uloženy souose vůči sobě i vůči centrální ose stroje a pro souosé uložení pracovní desky a rotoru momentového motoru vůči centrální ose stroje jsou tyto části upevněny v úložném systému, jenž tvoří čep, který je upevněn v podstavci, na kterém je uspořádáno radiální ložisko,

- 1 CZ 23976 Ul

11a němž je osazena pracovní deska, zatímco pro otočné uložení pracovní desky je mezi podstavcem a pracovní deskou na jejich distálním konci uspořádáno radiální ložisko a vyvedeno vedení mazací soustavy a proximálním konci pracovní desky hydrostatické uložení napojené na hydrostatickou soustavu.

Pro zjednodušení konstrukce úložného systému používaných u obráběcích strojů, zejména karuselů je výhodné, když je mezi podstavcem a pracovní deskou na jejich distálním konci uspořádáno radiální ložisko a vyvedeno vedení mazací soustavy a na proximálním konci uspořádáno axiální ložisko napojené na vedení mazací soustavy.

Pohon pro stroje, konstrukčně upravený pro použití jako generátor pro výrobu elektrické energie, to Generátor, jehož základní konstrukční částí je momentový motor, má pevnou část tvořenu rámem elektrického stroje, v němž je upevněn stator momentového motoru opatřený alespoň jedním vinutím, zatímco otočnou část tvoří příruba elektrického stroje, k níž je upevněna hnací hřídel a rotor momentového motoru opatřený alespoň jedním budicím vinutím rotoru, přičemž rotor i stator momentového motoru jsou uloženy souose vůči centrální ose a pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná i otočná část upevněny k úložnému systému, jenž sestává z vnějšího kroužku a vnitřního kroužku prstencového ložiska.

Pohon pro stroje, konstrukčně upravený pro použití pro radary, má v pevné části, kterou tvoří základna radaru upevněn stator momentového motoru opatřený alespoň jedním vinutím a v otočné části, kterou tvoří rotační část radaru upevněn rotor momentového motoru opatřený ale21) spoň jedním permanentním magnetem, přičemž rotor i stator momentového motoru jsou uloženy souose vůči centrální ose radaru a pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná i otočná část upevněny k úložnému systému, jenž sestává z vnějšího kroužku a vnitřního kroužku prstencového ložiska.

Hlavní výhodou nového uspořádání pohonu pracovního stroje, zejména pro obráběcí stroje je, že postrádá jakékoliv převody ajeho konstrukce je velice jednoduchá. Pohon je tvořen toliko dvěma díly, kterými jsou podstavec a pracovní deska. Pro tuto konstrukci je nutné vyrobit dostatečně výkonný (s velikým točivým momentem) momentový motor, který bude součástí pohonu stroje. Momentový motor musí mít dostatečnou sílu, aby byl schopen otáčet či polohovat obráběné díly o hmotnosti řádu tun a více. Z toho důvodu je nutné použít motor o jmenovitém točivém mo30 mentu cca 10 000 Nm a více. Pro tento účel se jeví nej výhodnějším momentový motor, který se vyznačuje velkým průměrem a malou délkou. Důsledkem toho je, že vektor síly je velký, tj. disponuje velikým točivým momentem, ale působí na menší délce. Pokud porovnáme průměr motoru ajeho výšku (tj. výšku svazku plechů statoru a výšku rotoru) a pro průměr rotoru zavedeme index D a pro výšku svazku plechu statoru index h, pak poměr D : h je u momentových motorů větší než dvě. U klasických motorů v klečovém provedení je poměr D : h menší než jedna.

Momentové motory, které mohou být použité pro pracovní stroje, mají poměr D : h vetší než 2. Pro takový poměr musí mít momentový motor použitý v pracovních strojích následující parametry. Jeho točivý moment je větší než 10 000 Nm a maximální otáčky jsou maximálně 300 ot/min.

Momentový motor tvoří dvě soustředné části o větším průměru a menší výšce, proto se příliš nehodí pro zástavbu do klece. Ale díky svému tvaruje ideální pro přímou zástavbu například do obráběcího stroje, či pohonu pro otoče jeřábů a dalších podobných průmyslových zařízení, které mají centrální otočnou rovinu a to takovým způsobem, aby tvořil jeho integrální součást. Tento motor je též ideální pro vyvození velikých momentů, na což klasický motor nestačí, poněvadž pro takový moment (sílu) by byl příliš veliký nebo by vyžadoval převodovku. Momentový motor tvoří dva soustředné prstence, jimiž jsou stator s vinutím a rotor opatřený permanentními magnety. Tyto prstence pak tvoří integrovanou součást obráběcího stroje.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladné provedení tohoto technického řešení je znázorněno na výkresech, kde na obr. 1 je znázorněn schematický pohled na základní konstrukční uspořádání pohonu pracovního stroje, obr. 2

CZ 23976 Ul znázorňuje konstrukční části pohonu pro obráběcí stroj - karusel v podélném řezu, obr. 2a znázorňuje konstrukční části pohonu pro obráběcí stroje zjednodušeným úložným systémem, obr. 2b znázorňuje detailní pohled na hydrostatický systém, obr. 3 představuje pohled na stroj v provedení jako momentový generátor a obr. 4 představuje pohled na pohon otočných zařízení velikých radaru.

Příklady uskutečnění technického řešení

Princip pohonu pracovního stroje, zejména pro obráběcí stroje, ve smyslu tohoto technického řešení bude dále objasněn, nikoliv však omezen v následujících příkladech.

Základní systém pohonu i pracovního stroje podle tohoto technického řešení je znázorněn na obr. 1. Součásti pohonu 1 v tomto provedení jsou uspořádány symetricky kolem centrální osy 13 stroje. Jednotlivé součásti pohonu 1 stroje tvoří momentový motor 3, který je jeho integrální součástí a úložný systém 27. Jedná se o kapalinou chlazený více-pólový permanentně buzený střídavý synchronní motor. Tento je tvořen statorem 9 momentového motoru 3, který je integrální součástí pevné části 24 pohonu 1 a rotorem 10 momentového motoru 3, který je integrální součástí otočné části 25, přičemž rotor 10 i stator 9 momentového motoru 3 jsou uloženy souose vůči sobě i centrální ose 13 stroje. Na úložném systému 27, kterým například může být prstencové ložisko sestávající z vnějšího kroužku 19 a vnitřního kroužku 20, je uspořádána pevná část 24 i otočná část 25 pohonu 1 stroje. Přitom pevná část 24 je upevněna k vnějšímu kroužku 19 prstencového ložiska, zatímco otočná část 25 pohonu 1 je upevněna na vnitřním kroužku 20 prstencového ložiska.

Funkce pohonu 1 pro stroje je následující. Připojením elektrických přívodů 17 (na obr. 1 nejsou znázorněny) k napětí začne ve vinutí 15 cívek statoru 9 proudit budicí proud takovým způsobem, že vytváří otáčivé magnetické pole. Foto pole uvádí rotor 10 buzený permanentními magnety 16 do pohybu, čímž se současně uvádí do pohybu i otočná část 24 upevněná v úložném systému 27.

Pohon 1 určený pro veliký obráběcí stroj, kde potřeba pohánět otočné stoly či jiné veliké polohovací zařízení je znázorněn na obr. 2. Příkladně pohon 1 pro karusel zahrnuje momentový motor 3, úložný systém 27, otočnou část 24 pohonu 1 stroje, jež tvoří pracovní deska 5 obráběcího stroje a pevnou část 25 pohonu 1 stroje, jenž tvoří podstavec 2. Momentový motor 3, jenž je integrální součástí obráběcího stroje sestává ze dvou soustředných prstenců, z nich jeden je stator 9 opatřený vinutím 15 uspořádaný v podstavci 2, kterým v tomto případě je nosný rám stroje a druhým je rotor 10 s permanentními magnety 16, který je upevněn k otočené pracovní desce 5. Přitom stator 9 je uspořádán vně k rotoru 10 a oba dva tyto díly jsou uloženy souose vůči sobě i vůči centrálnímu čepu 4, který je upevněn v podstavci 2 a pro souosé uložení pracovní desky 2 a rotoru 10 momentového motoru 3 vůči centrální ose F3 stroje jsou tyto části upevněny v úložném systému 27, jenž v tomto případě tvoří čep 4, na kterém je uspořádáno radiální ložisko 6, na němž je osazena pracovní deska 5, zatímco pro otočné uložení pracovní desky 5 je mezi podstavcem 2 a pracovní deskou 5 na jejich d i státním konci uspořádáno radiální ložisko 6 a vyvedeno vedení H mazací soustavy a proxímálním konci hydrostatický systém 28. Jak je patrné z obr. 2b hydrostatický systém 28 tvoří homí plocha 32 a spodní plocha 31, která je opatřena kapsami 34 pro uchovávání hydraulického oleje. Na tyto kapsy 34 je napojeno hydrostatické vedení 8 hydraulického oleje, jímž je tento přiváděn do hydrostatického systému 28 z hydraulického agregátu 33.

Funkce pohonu pro obráběcí stroj - karusel je následující. Momentový motor 3 v tomto případě pracuje shodně, tak jak je popsáno výše. Otočná část 25 tvořená pracovní deskou 5 slouží pro upevňování obráběných součástek. Pevná část 24 je tvořena podstavcem 2 obráběcího stroje, kterým je nosný rám. Na něm je uspořádán stator 9 s vinutím 15. Otáčivé magnetické pole vytvářené budicím proudem uvádí do pohybu rotor 10 upevněný na otočné části 25. Otočná část 25 uložená na radiálním ložisku 6 rotuje kolem Čepu 4, na kterém je toto ložisko upevněno. Její horizontální polohu při rotaci zajišťuje axiální ložisko 7 na jednom konci a na druhém konci ji zajišťuje hydrostatický systém 28. Tento hydrostatický systém 28 uložení pracovní desky 5 je

-3CZ 23976 Ul tvořen dvěma protiplochami, z nichž spodní plocha 31 má ve svojí ploše vybrání kapsy 34, jež jsou napojeny na tlakovou soustavu, ze které do těchto kapes 34 je pod tlakem vháněn olej. Druhá homí plocha 32 je rovná. Je broušená a tvrdá kvůli snížení třecích sil a životnosti. Tato homí plocha 32 uzavírá v kapsách 34 olej, který pod tlakem nadnáší pracovní desku 5 na olejovém filmu. Tlak oleje je vyvozován hydraulickým agregátem 33 (na obrázku není znázorněn) a olej je přiváděn do kapes 34 prostřednictvím trubek 35.

Další variantní uložení pracovní desky 5 je znázorněno na obr. 2a. Z tohoto obrázku je patrné, že pro otočné uložení pracovní desky 5 je mezi podstavcem 2 a pracovní deskou 5 na jejich distálním konci uspořádáno radiální ložisko 6 a vyvedeno vedení 11 mazací soustavy a na proximálním konci je uspořádáno axiální ložisko 7 napojené na vedení 11 mazací soustavy.

Dalším variantním provedením pohonu i stroje je jeho konstrukční úprava vhodná pro využití jako momentový generátor. Pohon i stroje v této konstrukci je zobrazen na obr. 3. Pohon 1 pro stroje má pevnou část 25 tvořenu rámem 21 elektrického stroje, v němž je upevněn stator 9 momentového motoru 3 opatřený alespoň jedním vinutím 15, zatímco otočnou část 24 tvoří příruba 22 elektrického stroje, k níž je upevněna hnací hřídel 23 a rotor 10 momentového motoru 3 opatřený alespoň jedním budicím vinutím 18 rotoru 10. přičemž rotor 10 i stator 9 momentového motoru 3 jsou uloženy souose vůči centrální ose 13 a pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná část 24 i otočná část 25 upevněny k úložnému systému 27, jenž sestává z vnějšího kroužku j_9 a vnitřního kroužku 20 prstencového ložiska.

Funkce pohonu pro generátor je následující. Momentový motor 3 v tomto případě pracuje shodně, tak jak je popsáno výše. Otočná část 24 tvořená přírubou 22 slouží pro upevnění hnací hřídele 23. Pevná část 25 je tvořena rámem 21 elektrického stroje, na kterém je uspořádán stator 9 s vinutím 15. Otáčivé magnetické pole vytvářené budicím proudem uvádí do pohybu rotor JO upevněný na otočné části 25. Otočná část 24 i pevná část 25 jsou uspořádány na úložném systému 27. V tomto případě se jedná o prstencové ložisko sestávající z vnějšího kroužku 19 a vnitřního kroužku 20. Pevná část 25 je upevněna k vnějšímu kroužku J_9 prstencového ložiska a zajišťuje pevné spojení mezi statorem 9 a rámem 21 elektrického stroje. Zatímco otočná část 24 pohonu i stroje je upevněna na vnitřním kroužku 20 prstencového ložiska a zajišťuje rotační pohyb otočné části 24 a dále souosé uložení rotoru 10 a statoru 9 vůči ose 13 momentového generátoru.

Další variantou využití pohonu i podle tohoto vynálezu je jeho použití pro otočné zařízení velikých radarů, kde je nutné takové provedení, aby střední část byla volně průchozí pro jiné součásti zařízení. Toto je možné díky velikému průměru momentového motoru 3 a zvláště jeho charakteristické konstrukci v podobě dvou soustředných prstenců, které tvoří základní sestavu momentového motoru 3. Pohon 1 stroje v provedení pro otočná zařízení velikých radarů je znázorněn na obr. 4. Pohon 1 má v pevné části 25 upevněn stator 9 momentového motoru 3 opatřený alespoň jedním vinutím 15 a v otočné části 24 upevněn rotor 10 momentového motoru 3 opatřený alespoň jedním permanentním magnetem 16, přičemž rotor JO i stator 9 momentového motoru 3 jsou uloženy souose vůči centrální ose L3 radaru. Pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná část 25 i otočná část 24 upevněny k úložnému systému 27, jenž sestává z vnějšího kroužku 19 a vnitřního kroužku 20 prstencového ložiska.

Funkce pohonu pro radar je následující. Momentový motor 3 v tomto případě pracuje shodné, tak jak je popsáno výše. Otočná část 24 tvořená ramenem slouží pro upevňování rotačních částí 30 radaru. Pevná část 25 je tvořena základnou 29 radaru a je určena pro upevnění statoru 9 s vinutím 15. Otáčivé magnetické pole vytvářené budicím proudem uvádí do pohybu rotor JO upevněný na otočné časti 24. Otočná část 24 i pevná část 25 jsou uspořádány na úložném systému 27. V tomto případě se jedná o prstencové ložisko sestávající z vnějšího kroužku 19 a vnitřního kroužku 20. Pevná část 25 je upevněna k vnějšímu kroužku 19 prstencového ložiska a zajišťuje pevné spojení mezi statorem 9 a podstavcem 29 radaru. Zatímco otočná část 24 pohonu i stroje je upevněna na vnitřním kroužku 20 prstencového ložiska a zajišťuje rotační pohyb otočné části 24 a dále souosé uložení rotoru ,10 a statoru 9 vůči ose JJ radaru.

CZ 23976 Ul

Průmyslová využitelnost

Tyto pohony jsou vhodné pro generaci veliké síly, kde není potřeba vysokých otáček. Ideální aplikace vycházejí s těchto požadavků, a to je např. karusel, otočná stolice, otoč velikého jeřábu, radiolokátor, větrná elektrárna, vodní elektrárna, kde pracuje ve funkci generátoru, kde je přímo součástí otočného soustrojí (turbíny, vrtule) a nejsou nutné převody.

Claims (5)

1. Systém pohonu (1) pracovního stroje, zejména pro pohon (1) obráběcího stroje, zahrnuje momentový motor (3) a úložný systém (27), přičemž momentový motor (3) obsahuje stator (9) a rotor (10), vyznačující se tím, že stator (9) momentového motoru (3) je integrální io součástí pevné části (24) stroje a rotor (10) momentového motoru (3) je integrální součástí otočné části (25) stroje, kde rotor (10) i stator (9) momentového motoru (3) jsou uspořádány souose vůči sobě a ose (13) stroje a jsou upevněny k úložnému systému (27), přičemž poměr průměru (D) rotoru (10) k výšce (h) statoru (9) momentového motoru (3) je větší než 2, kde průměr (D) rotoru (10) zahrnuje permanentní magnet (16) a výška (h) statoru (9) nezahrnuje vinutí

15 (15).

2. Systém pohonu (I) pracovního stroje, zejména pro pohon (1) velkých obráběcích strojů podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho pevná část (24) zahrnuje podstavec (2) stroje, v němž je upevněn stator (9) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním vinutím (15), zatímco otočná část (25) zahrnuje otočně uloženou pracovní desku (5) stroje, jejíž součástí

20 je rotor (10) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním permanentním magnetem (16), přičemž rotor (10) i stator (9) momentového motoru (3) jsou uloženy souose vůči sobě i vůči ose (13) stroje a pro souosé uložení otočně uložené pracovní desky (5) a rotoru (10) momentového motoru (3) vůči ose (13) stroje jsou tyto části upevněny v úložném systému (27), jenž tvoří čep (4), který je upevněn v podstavci (2), na čepu (4) je uspořádáno radiální ložisko (6), na němž je

25 osazena pracovní deska (5), zatímco pro otočné uložení pracovní desky (5) je mezi podstavcem (2) a pracovní deskou (5) na jejich dístálním konci uspořádáno radiální ložisko (6) a vyvedeno vedení (11) mazací soustavy a na jejich proximálntm konci je uspořádán hydrostatický systém (28) napojený na hydrostatické vedení (8).

3. Systém pohonu (1) pracovního stroje, zejména pro pohon (1) velkého obráběcího stroje

30 podle nároku 2, vyznačující se tím, že pro otočné uložení pracovní desky (5) je mezi podstavcem (2) a pracovní deskou (5) na jejich dístálním konci uspořádáno radiální ložisko (6) a vyvedeno vedení (11) mazací soustavy a na jejich proximálním konci je uspořádáno axiální ložisko (7) napojené na vedení (11) mazací soustavy.

4. Systém pohonu (1) pracovního stroje, zejména pro pohon (1) elektrického stroje podle

35 nároku 1, vyznačující se tím, že pevná Část (24) zahrnuje rám (21) elektrického stroje, v němž je upevněn stator (9) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním vinutím (15), zatímco otočná část (25) zahrnuje přírubu (22) elektrického stroje, k níž je upevněna hnací hřídel (23) a rotor (10) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním budicím vinutím (18) rotoru (10), přičemž rotor (10) i stator (9) momentového motoru (3) jsou uloženy souose vůči

40 centrální ose (13) stroje a pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná část (24) i otočná část (25) upevněny k úložnému systému (27), jenž sestává z vnějšího kroužku (19) a vnitřního kroužku (20) prstencového ložiska.

5. Systém pohonu (1) pracovního stroje, zejména pro pohon (1) radarů podle nároku 1, vyznačující se tím, že pevná část (24) zahrnuje základnu (29) radaru, v níž je upevněn

- 5 CZ 23976 Ul stator (9) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním vinutím (15) a otočná část (25) zahrnuje rotační část (30) radaru, která je upevněna na rotor (10) momentového motoru (3) opatřený alespoň jedním permanentním magnetem (16), přičemž rotor (10) i stator (9) momentového motoru (3) jsou uloženy souose vůči centrální ose (13) radaru a pro zajištění rotačního pohybu jsou pevná část (24) i otočná část (25) upevněny k úložnému systému (27), jenž sestává z vnějšího kroužku (19) a vnitřního kroužku (20) prstencového ložiska.