Mitsubishi HC-SFS203BG1 (HCSFS203BG1) — 2kW AC Serwosilnik z przekładnią, hamulec + G1 przekładnia planetarna z kołnierzem, seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS203BG1

Szukano również jako: HCSFS203BG1, HC-SFS-203BG1

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (J2-Super Generation)

Typ silnika: Bezszczotkowy serwosilnik AC z zintegrowaną przekładnią przemysłową (typ kołnierzowy) i hamulcem elektromagnetycznym, 3000 obr./min

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Do czego przeznaczony jest ten silnik

Istnieje specyficzna klasa problemów z układem napędowym, których standardowy serwosilnik — nawet dobrze dobrany — nie jest w stanie rozwiązać samodzielnie: zastosowania, w których obciążenie wymaga znacznie większego momentu obrotowego niż silnik dostarcza przy swojej naturalnej prędkości wału, lub gdzie napędzany mechanizm musi obracać się w zakresie prędkości, w którym silnik sprzężony bezpośrednio nie może pracować wydajnie. Ten problem jest tym, czym przekładnia redukcyjna G1 rozwiązuje.

HC-SFS203BG1 łączy serwosilnik J2-Super o mocy 2 kW i prędkości 3000 obr./min z zintegrowaną przekładnią redukcyjną przemysłową typu kołnierzowego w jednym fabrycznie zmontowanym pakiecie. Przekładnia jest zamontowana na kołnierzu — co oznacza, że obudowa przekładni wykorzystuje standardowy interfejs montażowy kołnierza silnika i prezentuje własny wał wyjściowy na końcu napędzanym. Rezultatem jest kompaktowy, samowystarczalny serwosilnik z przekładnią, który podłącza się bezpośrednio do maszyny, bez zewnętrznej przekładni do wyrównywania, sprzęgania i oddzielnego podtrzymywania.

"B" w modelu oznacza hamulec elektromagnetyczny, który w silniku z przekładnią ma ważną cechę: znajduje się na wale silnika, przed przekładnią redukcyjną. Moment hamulca na wyjściu przekładni jest zatem równy znamionowemu momentowi hamulca pomnożonemu przez przełożenie przekładni. Hamulec po stronie silnika, który utrzymuje 6,37 Nm, staje się bardzo skutecznym hamulcem po stronie obciążenia, gdy etap przekładni go mnoży — znacząca zaleta mechaniczna dla osi pionowych, ramion obciążonych grawitacyjnie i zastosowań wymagających niezawodnego utrzymania pozycji w spoczynku.

17-bitowy absolutny enkoder szeregowy wbudowany w silnik J2-Super zapewnia takie samo sprzężenie zwrotne 131 072 ppr, jakie posiadają wszystkie silniki HC-SFS — i co kluczowe, enkoder odczytuje dane z wału silnika, przed redukcją przekładni. Wzmacniacz widzi pełną rozdzielczość wału silnika, niezależnie od zainstalowanego przełożenia, a licznik pozycji absolutnej obejmuje śledzenie wielokrotnych obrotów w całym zakresie wału wyjściowego przekładni, utrzymywane po wyłączeniu zasilania przez baterię A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S.

Specyfikacje techniczne

Przekładnia G1: Kontekst inżynieryjny i aplikacyjny

Typ kołnierzowy vs typ z podporami

Mitsubishi oferuje dwie konfiguracje przekładni przemysłowych ogólnego przeznaczenia dla serii HC-SFS. G1 (typ kołnierzowy) montuje przekładnię do przedniego kołnierza silnika, z wałem wyjściowym wystającym z obudowy przekładni. Cały zespół mocuje się do maszyny za pomocą czoła kołnierza wyjściowego przekładni. G1H (typ z podporami) wykorzystuje obudowę przekładni montowaną na stopach, która mocuje się za pomocą dolnych podkładek, a nie czoła kołnierza — nadaje się do różnych układów maszyn, gdzie obciążenia wału wyjściowego byłyby lepiej podparte przez podstawę obudowy.

Dla większości standardowych zastosowań obrabiarek i automatyki, typ kołnierzowy G1 jest częstszym wyborem. Integruje się on czysto z każdą ramą maszyny, która normalnie akceptowałaby serwosilnik z montażem kołnierzowym, a obudowa przekładni po prostu zwiększa głębokość osiową zespołu, prezentując wał wyjściowy na tej samej linii środkowej.

Co przełożenie przekładni robi z liczbami wyjściowymi

Moment znamionowy 6,37 Nm silnika HC-SFS203 to wartość na wale silnika przed jakąkolwiek redukcją. Po włączeniu przekładni redukcyjnej, wał wyjściowy wytwarza moment obrotowy pomnożony przez przełożenie przekładni, pomniejszony o straty w przekładni. Przy przełożeniu 1/20 i typowej sprawności przekładni walcowej/skośnej wynoszącej około 85–90%, efektywny moment obrotowy ciągły na wyjściu przekładni zbliża się do 108–115 Nm — a prędkość wału wyjściowego przy znamionowej prędkości silnika spada do 150 obr./min. Przy przełożeniu 1/9, ta sama kalkulacja daje około 48–51 Nm przy 333 obr./min.

Ten zakres dostępnych przełożeń sprawia, że HC-SFS203BG1 jest adaptowalny do szerokiego zakresu wymagań aplikacyjnych — od umiarkowanego momentu obrotowego przy średniej prędkości przy niższych przełożeniach, po wysoki moment trzymający przy niskich prędkościach wyjściowych przy wyższych przełożeniach. Konkretne przełożenie zainstalowane w danym urządzeniu jest częścią specyfikacji zamówienia i jest wybite na tabliczce znamionowej obudowy przekładni.

Rozdzielczość enkodera silnika po przekładni

Enkoder znajduje się na wale silnika i odczytuje 131 072 pozycji na obrót silnika. Przy przełożeniu 1/20, każdy obrót wału wyjściowego odpowiada 20 obrotom silnika, a każdy obrót silnika generuje 131 072 impulsów enkodera. Wzmacniacz widzi zatem 2 621 440 impulsów enkodera na obrót wału wyjściowego — efektywna rozdzielczość na wyjściu przekładni znacznie przekracza to, co samodzielny enkoder zamontowany na wale wyjściowym mógłby rozsądnie dostarczyć przy tym rozmiarze silnika. Jest to znacząca zaleta dla dokładności pozycjonowania przy niskich prędkościach: pętla sterowania ma bardzo dokładne dane kątowe do pracy, nawet gdy wał wyjściowy obraca się z zaledwie kilku obr./min.

Hamulec elektromagnetyczny w silniku z przekładnią

Hamulec elektromagnetyczny znajduje się na wale silnika — między enkoderem a stopniem wejściowym przekładni. Po odłączeniu napięcia 24V DC, sprężyna blokuje bezpośrednio wał silnika. Ponieważ obciążenie jest podłączone przez przekładnię, efekt trzymania po stronie obciążenia jest równy znamionowemu momentowi trzymającemu hamulca pomnożonemu przez przełożenie przekładni. Ta wzmocniona zdolność trzymania jest jednym z głównych powodów wyboru serwosilnika z przekładnią i hamulcem po stronie silnika, zamiast oddzielnego hamulca na wale wyjściowym.

W przypadku osi pionowych z mechanizmami obciążonymi grawitacyjnie, ma to praktyczne znaczenie. Niezrównoważony moment grawitacyjny pojawia się na wyjściu przekładni; hamulec utrzymuje go na wale silnika poprzez przełożenie przekładni. Oś z 50 Nm niezrównoważonego momentu grawitacyjnego na wyjściu wymagałaby tylko 2,5 Nm momentu trzymającego hamulca na wale silnika przy przełożeniu 1/20 — co mieści się w zakresie możliwości hamulca.

Nadal obowiązują prawidłowe sekwencje hamulca. Wyjście MBR (blokada hamulca) wzmacniacza MR-J2S musi być używane do sterowania przekaźnikiem hamulca, zapewniając, że hamulec załącza się dopiero po zwolnieniu silnika do zatrzymania. Załączenie sprężyny na obracającym się wale silnika — nawet przy niższej masie i bezwładności silnika — przyspiesza zużycie hamulca. Sama przekładnia również narzuca ograniczenie: pod żadnym pozorem hamulec nie powinien być używany do zatrzymania ruchomego obciążenia wyjściowego, gdy bezwładność tego obciążenia jest wysoka. Wzmacniacz musi najpierw zwolnić; hamulec utrzymuje to, co jest już zatrzymane.

Uwaga dotycząca ochrony sekcji przekładni: Korpus silnika ma stopień ochrony IP65. Obudowa przekładni redukcyjnej ma stopień ochrony IP44 — chroniona przed ciałami stałymi i rozpryskami wody, ale nie przed strumieniami wody ani zanurzeniem. W przypadku zastosowań w wilgotnych lub wymagających mycia środowiskach, ten stopień ochrony należy zweryfikować pod kątem wymagań środowiskowych przed zamówieniem tego silnika. Tam, gdzie wymagany jest stopień ochrony IP65 dla całego zespołu, zastosowanie powinno obejmować oddzielnie zamontowany serwosilnik i zewnętrzną skrzynię biegów o stopniu ochrony IP65.

Wymagania dotyczące wzmacniacza i konfiguracja parametrów

HC-SFS203BG1 współpracuje ze wzmacniaczami klasy MR-J2S-200 — tą samą serią wzmacniaczy, co standardowy HC-SFS203. Z punktu widzenia wzmacniacza, silnik to HC-SFS203; wzmacniacz komunikuje się z enkoderem na wale silnika i steruje prądem silnika dokładnie tak, jak w przypadku zastosowania z napędem bezpośrednim.

Zmianie ulega elektroniczne przełożenie przekładni w ustawieniach wzmacniacza. Funkcja elektronicznej przekładni we wzmacniaczach MR-J2S (parametry PA06 i PA07, lub CMX/CDV) konwertuje jednostki poleceń pozycji z kontrolera na impulsy enkodera na wale silnika. Z przekładnią redukcyjną w układzie napędowym, zależność między poleconym ruchem maszyny a obrotem wału silnika zmienia się o przełożenie przekładni, a te parametry muszą być odpowiednio ustawione, aby zachować prawidłową korespondencję między poleceniami pozycji a rzeczywistą pozycją wału wyjściowego.

Podczas sesji MR Configurator (MRZJW3-SETUP) podczas uruchamiania, jest to ustawiane jako część konfiguracji osi przed pierwszym uruchomieniem. Nieprawidłowe ustawienia elektronicznego przełożenia przekładni powodują błędy śledzenia i nienormalny ruch osi podczas pierwszego testu JOG — zawsze weryfikuj te parametry w stosunku do faktycznie zainstalowanego przełożenia przekładni przed wydaniem polecenia ruchu osi.

Kompatybilne wzmacniacze:

• MR-J2S-200A — Ogólnego przeznaczenia sterowanie analogowe/impulsowe, sterowanie pozycją / prędkością / momentem obrotowym
• MR-J2S-200B — Magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu Mitsubishi
• MR-J2S-200CP — Wbudowane pozycjonowanie z interfejsem CC-Link

Typowe zastosowania

Systemy napędowe przenośników i transportu. Napędzane serwo przenośniki taśmowe i łańcuchowe pracujące z niskimi prędkościami wału wyjściowego, ale wymagające kontrolowanego pozycjonowania i stałej prędkości, wykorzystują serwosilniki z przekładnią jako główny napęd. Przekładnia redukcyjna G1 zapewnia niską prędkość wyjściową z silnika o wysokiej prędkości bez potrzeby stosowania zewnętrznej skrzyni biegów, a hamulec zapewnia niezawodne utrzymanie pozycji indeksowania między cyklami.

Stoły obrotowe indeksujące z niską prędkością. Stoły indeksujące obracające się z niskimi prędkościami wyjściowymi — poniżej 60 obr./min na stole — korzystają z wysokiej rozdzielczości zapewnianej przez kodowanie na wale silnika po pomnożeniu przez przekładnię. Drobne kroki kątowe na wale wyjściowym są rozdzielane z wysoką precyzją dzięki połączonemu przełożeniu enkodera i przekładni, umożliwiając dokładne pozycjonowanie indeksowe bez oddzielnego enkodera na wale wyjściowym.

Zamiana napędów ślimakowych na serwo w starszych maszynach. Maszyny pierwotnie zaprojektowane z napędami ślimakowymi — często wymagającymi niskich prędkości wału wyjściowego z wysokim momentem obrotowym — mogą być modernizowane do sterowania serwo za pomocą serwosilnika wyposażonego w G1 w podobnej obudowie, uzyskując programowalne profile prędkości, ograniczanie momentu obrotowego i sprzężenie zwrotne pozycji absolutnej zamiast oryginalnego napędu o stałej prędkości.

Napędy stacji pakowania i etykietowania. Napędy stacji na obrotowych stołach pakujących, rolkach aplikatorów etykiet i mechanizmach szczęk uszczelniających wykorzystują serwosilniki z przekładnią do uzyskania odpowiedniej prędkości powierzchni rolki w punkcie roboczym. Enkoder absolutny zapewnia utrzymanie rejestru produktu nawet po nieoczekiwanych zatrzymaniach, bez potrzeby cyklu ponownej kalibracji czujnika przed wznowieniem produkcji.

Napędy podnośników i siłowników pionowych o niskiej prędkości. Siłowniki pionowe, gdzie mechanizm naturalnie pracuje z niską prędkością — podnośniki o krótkim skoku, osie posuwu prasy, mechanizmy zaciskowe — wykorzystują serwosilniki z przekładnią do uzyskania wymaganej siły w punkcie obciążenia. Hamulec po stronie silnika w HC-SFS203BG1 utrzymuje pozycję wyjściową dzięki efektowi mnożenia przez przełożenie przekładni, zapewniając niezawodne mechaniczne trzymanie w spoczynku.

G1 vs inne warianty przekładni redukcyjnych w serii HC-SFS

G1 jest standardowym wyborem ogólnego przeznaczenia — opłacalnym, kompatybilnym z typowymi konfiguracjami montażowymi maszyn i dostępnym w najszerszym zakresie przełożeń. G5 i G7 to precyzyjne warianty przekładni z bardziej rygorystycznymi specyfikacjami luzu, przeznaczone do zastosowań, gdzie dokładność kątowa w punkcie obciążenia jest krytyczna. Dla większości zastosowań przenośników, transportu i ogólnego sterowania ruchem, G1 jest odpowiednią specyfikacją.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Fabrycznie zapieczętowany oznacza, że kompletne zmontowane urządzenie — silnik i zintegrowana przekładnia redukcyjna — nigdy nie zostało zainstalowane ani zasilane. Oryginalne opakowanie Mitsubishi nienaruszone, wszystkie osłony złączy i osłony ochronne końca wału na miejscu. Obudowa przekładni została nasmarowana fabrycznie; nie jest wymagana żadna usługa smarowania przed instalacją dla jednostek przeznaczonych bezpośrednio do użytku w normalnych okresach przechowywania.

Dla maszyn oczekujących na ten konkretny wariant serwosilnika z przekładnią, zapas fabrycznie nowy eliminuje czas naprawy i usuwa wszystkie zmienne związane z jednostkami naprawionymi lub odnowionymi. Konkretne przełożenie zainstalowane w tym urządzeniu jest oznaczone na tabliczce znamionowej obudowy przekładni — należy to potwierdzić z wymaganym przełożeniem maszyny przed instalacją.

Często zadawane pytania

P1: Co oznacza sufiks G1 i czym różni się od G1H, G5 lub G7?

G1 oznacza przekładnię redukcyjną przemysłową ogólnego przeznaczenia z wyjściem kołnierzowym zintegrowaną bezpośrednio z silnikiem. Montuje się ją za pomocą przedniego kołnierza silnika i prezentuje wyjście wału na zewnętrznej powierzchni obudowy przekładni. G1H to ta sama koncepcja przekładni przemysłowej ogólnego przeznaczenia, ale z obudową montowaną na stopach/podporach zamiast montażu kołnierzowego — nadaje się do różnych układów maszyn. G5 i G7 to przekładnie do zastosowań precyzyjnych z bardziej rygorystycznymi specyfikacjami luzu, używane tam, gdzie krytyczna jest dokładność kątowa na wale wyjściowym. Dla ogólnych zastosowań przenośników, transportu i standardowego sterowania ruchem, G1 jest odpowiednim i najbardziej opłacalnym wyborem.

P2: Jakie wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS203BG1?

HC-SFS203BG1 wykorzystuje ten sam wzmacniacz co standardowy silnik HC-SFS203: klasa MR-J2S-200. Trzy główne warianty to MR-J2S-200A (ogólnego przeznaczenia sterowanie analogowe/impulsowe), MR-J2S-200B (magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu) i MR-J2S-200CP (funkcja wbudowanego pozycjonowania). Wzmacniacz komunikuje się z enkoderem na wale silnika jak zwykle; przełożenie przekładni jest uwzględniane w parametrach elektronicznego przełożenia przekładni wzmacniacza, a nie w wyborze modelu wzmacniacza.

P3: Enkoder znajduje się na wale silnika — czy przełożenie przekładni wpływa na dokładność pozycji na wyjściu?

Rozdzielczość enkodera 17-bitowa (131 072 ppr) jest mierzona na wale silnika. Po redukcji przekładni, efektywna liczba impulsów enkodera na obrót wału wyjściowego jest równa rozdzielczości podstawowej pomnożonej przez przełożenie przekładni. Przy przełożeniu 1/20, na przykład, każdy obrót wału wyjściowego odpowiada ponad 2,6 miliona impulsów enkodera — bardzo precyzyjne odniesienie pozycyjne. Oznacza to, że dokładność na wale wyjściowym poprawia się wraz z wyższymi przełożeniami, a pozycjonowanie przy niskich prędkościach na wale wyjściowym korzysta z pomnożonej rozdzielczości.

P4: Czy stopień ochrony IP65 silnika dotyczy całego zespołu, w tym przekładni?

Nie. Korpus silnika ma stopień ochrony IP65. Sekcja przekładni redukcyjnej ma stopień ochrony IP44 — odporna na rozpryski wody, ale nie na strumienie wody. Jeśli środowisko aplikacji obejmuje strumienie wody, rozpylanie chemikaliów lub silne narażenie na chłodziwo, ten stopień ochrony należy sprawdzić pod kątem wymagań instalacyjnych. W przypadku pełnego pokrycia IP65 całego zespołu, należy rozważyć oddzielny serwosilnik i niezależnie ocenianą zewnętrzną skrzynię biegów.

P5: Jak działa hamulec elektromagnetyczny w silniku z przekładnią i czy przełożenie przekładni wpływa na siłę trzymania?

Hamulec znajduje się na wale silnika, przed przekładnią — blokuje wał silnika mechanicznie po odłączeniu napięcia 24V DC. Ponieważ obciążenie jest podłączone przez przekładnię, efekt trzymania po stronie obciążenia jest równy momentowi trzymającemu hamulca na wale silnika pomnożonemu przez przełożenie przekładni. Wyższe przełożenie daje proporcjonalnie większe trzymanie po stronie obciążenia z tego samego hamulca. Hamulec jest tylko urządzeniem trzymającym, a nie hamulcem zatrzymującym — wzmacniacz musi zwolnić silnik do zatrzymania, zanim hamulec się załączy. Zawsze używaj wyjścia blokady MBR wzmacniacza MR-J2S do prawidłowego sekwencjonowania przekaźnika hamulca.