Schéma ovládání motorku: principy zapojení, řízení směru a volba ovladače

Schéma ovládání motorku ukazuje, jak se napájení, řídicí signály a spínací prvky podílejí na otáčení hřídele, změně směru, regulaci rychlosti nebo přesném polohování. Správný postup závisí především na typu motoru: stejnosměrný motor se obvykle ovládá změnou polarity nebo regulací napětí, krokový motor sekvencí impulzů do jednotlivých fází a hydraulický motor rozvodem oleje mezi pracovní komory.

Nejdříve je nutné určit, zda jde o běžný stejnosměrný motor, unipolární nebo bipolární krokový motor, případně o speciální pohon s koncovými spínači, brzdou, převodovkou nebo snímačem polohy. Teprve potom lze zvolit tranzistorový spínač, H-můstek, relé, integrovaný driver, mikrokontrolér nebo jiný způsob řízení.

Jak začít číst schéma ovládání motorku

Schéma není pouze seznam vodičů a součástek, ale mapa energie a řídicích signálů pohybujících se obvodem. Napájení vstupuje přes zdroj, prochází spínacími prvky nebo výkonovým ovladačem a dostává se do vinutí motoru, kde vytváří magnetické pole a mechanický pohyb.

U každého schématu je vhodné nejprve vyhledat napájecí svorky, společný vodič, výkonové výstupy k motoru, řídicí vstupy a případné ochranné prvky. Potom je třeba určit, zda se směr mění přepólováním napájení, změnou pořadí buzení cívek, nebo přepínáním hydraulického průtoku.

Co musí schéma jednoznačně ukazovat

• napájecí napětí a polaritu;
• společný vodič nebo zem;
• typ motoru a počet jeho vývodů;
• výkonové spínací prvky;
• logické řídicí vstupy;
• ochranu proti indukčnímu napětí;
• způsob změny směru;
• koncové spínače nebo snímače polohy, pokud jsou použity;
• případnou brzdu, převodovku nebo proudovou ochranu.

Zjednodušený náčrt může vysvětlit princip fungování motoru, ale nemusí zobrazovat přesné těsnění, ložisko, drážku, ochrannou diodu nebo hodnotu proudu. Rozložený výkres může identifikovat jednotlivé servisní díly, ale nemusí uvádět správné jmenovité napětí nebo logiku řízení.

Rozměrový výkres nebo výkres portů slouží ke kontrole instalace, montážní příruby, hřídele a polohy konektorů, ale obvykle nepopisuje vnitřní cestu energie ani řídicí sekvenci. Pro přesné rozhodnutí je proto nutné použít každý výkres pro jeho zamýšlenou úlohu.

Nejčastější druhy ovládání motorku

Schéma ovládání běžného stejnosměrného motoru

U běžného stejnosměrného motoru se směr otáčení změní změnou polarity napětí na jeho vývodech. Pokud je kladný pól připojen k jednomu vývodu a záporný pól k druhému, motor se otáčí jedním směrem; po prohození polarity se otáčí opačně.

Rychlost lze řídit změnou napětí nebo pomocí PWM signálu. Při PWM se motor napájí rychlými impulzy a změnou jejich střídy se mění průměrný výkon dodávaný do motoru.

Jednoduché spínání jedním tranzistorem

Jednoduchý stejnosměrný motor lze zapínat jedním tranzistorem, pokud je požadován pouze jeden směr otáčení. Řídicí signál přivedený na bázi nebo hradlo tranzistor sepne a motor se připojí k napájení.

Takové zapojení však samo o sobě neumí změnit směr otáčení. K tomu je nutné prohodit polaritu na motoru pomocí H-můstku, dvojice relé nebo jiného přepínacího obvodu.

U indukční zátěže vzniká při vypnutí proudový impulz, který může poškodit spínací prvek. Proto se u tranzistorových zapojení používají ochranné diody nebo jiné obvody pro potlačení napěťové špičky.

H-můstek pro změnu směru otáčení

H-můstek je obvod se čtveřicí spínacích prvků, mezi kterými je zapojen motor. Spínací prvky a motor jsou ve schématu uspořádány do tvaru písmene H.

Podle toho, které spínače jsou sepnuté a které rozepnuté, může vzniknout rozpojený obvod, zkrat, průchod proudu motorem jedním směrem nebo průchod proudu motorem opačným směrem.

Obvod pro řízení H-můstku nesmí připustit sepnutí obou tranzistorů nad sebou najednou, protože by došlo ke zkratu. Musí se koordinovat logická posloupnost spínání tranzistorů a musí se počítat s časovými prodlevami při zavírání a otevírání tranzistorů.

H-můstek z tranzistorů

H-můstek může být sestaven z tranzistorů NPN a PNP, z MOSFETů nebo jako integrovaný obvod. Výhodou tranzistorového řešení je rychlé spínání, možnost PWM regulace a absence mechanického opotřebení kontaktů.

Zapojení dvojitého H-můstku pro buzení bipolárního krokového motoru využívá tranzistory NPN i PNP. Označení polarity u bází tranzistorů znázorňuje, jaká polarita napětí bude na daném vývodu vinutí motoru po sepnutí příslušného tranzistoru.

Tato označení neznamenají, jaké ovládací napětí nebo proud je potřeba přivést na daný tranzistor. Jde pouze o schematické znázornění obvodového zapojení.

H-můstek ze dvou relé

H-můstek lze vytvořit také pomocí dvojice přepínacích relé. Vždy jsou sepnuty právě dva kontakty a při správně zapojeném modulu nelze vytvořit přímý zkrat mezi kladným a záporným pólem zdroje.

Výhodou varianty se dvěma relé je, že programátor má pouze dva řídicí signály a při správném zapojení nemůže běžnou kombinací logických stavů vytvořit napájecí zkrat.

Tento konkrétní reléový modul používá pro logickou jedničku úroveň napětí 5 VDC, ale existují také varianty určené pro 3V3 logiku. Napájecí napětí reléového modulu a napájecí napětí motoru nemusí být stejné, pokud odpovídají příslušným technickým parametrům.

Ovládání motorku pomocí relé a stykačů

Relé a stykače se používají hlavně u motorů, které mají pracovat v jednom nebo druhém směru, případně se mají zastavit v koncové poloze. Tlačítko start je obvykle v klidovém stavu rozepnuté, při stisknutí se sepne a po uvolnění se obnoví. Tlačítko stop je přesně naopak.

Ve stykači jsou cívky, normálně otevřené kontakty a normálně sepnuté kontakty. Když je cívka bez napětí, normálně otevřený kontakt je rozpojený a normálně zavřený kontakt je sepnutý; po zapnutí cívky se jejich stav obrátí.

Samosvorné zapojení

Po stisknutí tlačítka pro spuštění se cívka stykače napájí a jeho pomocný kontakt zůstane sepnutý i po uvolnění tlačítka. Motor tak pokračuje v chodu bez nutnosti držet tlačítko.

Samotné samosvorné zapojení však nemusí zabránit současnému sepnutí směru vpřed a vzad. Pokud by byly současně sepnuty oba hlavní stykače, mohl by vzniknout zkrat.

Elektrické a mechanické blokování

Elektrické blokování využívá normálně zavřené pomocné kontakty protilehlého stykače. Když je sepnutý stykač pro jeden směr, jeho pomocný kontakt přeruší ovládací obvod druhého směru.

Mechanické blokování zajišťuje, že oba stykače nemohou být sepnuty současně. Při přepínání směru proto není možné bezprostředně připojit oba směry napájení současně.

Mechanické blokovací tlačítko může při stisknutí jednoho směru současně odpojit obvod druhého směru. Takové řešení usnadňuje přímé přepnutí směru, ale musí být provedeno tak, aby nedošlo k poškození motoru ani spínacích prvků.

Ovládání motoru s koncovými spínači

Motory používané pro žaluzie, pohony bran nebo garážových vrat často obsahují vlastní koncové spínače. Ty přeruší napájení při dosažení krajní polohy.

Koncové spínače však nemusí vyřešit situaci, kdy motor zůstane pod proudem po dosažení mechanického dorazu, pokud nejsou správně zapojeny nebo pokud dojde k jejich poruše. Proto se může použít také časové relé, které napájení odpojí po nastavené době.

Jedno časové relé může být dostačující, pokud není významný rozdíl mezi dobami pohybu obou směrů ke koncovému dorazu. Pokud se délka pohybu v jednotlivých směrech významně liší, mohou být zapotřebí dvě časová relé.

Proudová ochrana proti překážce

Tovární ovladače jsou často vybaveny hlídáním točivého momentu, takže pokud jedoucí brána nebo garážová vrata narazí na překážku, zastaví pohon.

U reléového ovládání lze použít proudové monitorovací relé. To měří proud spotřebiče pomocí vnitřního bočníku a při překročení nastaveného maxima po určité prodlevě rozpojí kontakt, čímž se pohon zastaví.

Proudové monitorovací relé může být použito pro střídavý i stejnosměrný proud, pokud to odpovídá jeho konstrukci a nastavení. Proudová ochrana však sama o sobě nemusí zajistit zpětný pohyb po nárazu na překážku.

Infračervená závora může ovládat relé, které při detekci překážky přeruší přívodní vedení pohánějící pohyb ve směru zavírání.

Zapojení krokového motoru

Krokový motor je tvořen několika elektromagnetickými cívkami, které se v určitém pořadí zapínají sérií elektrických impulsů. Rotor se díky tomu otáčí velmi přesně a v definovaných krocích.

Krokové motory, díky své zvláštní konstrukci, mohou být ovládány s vysokou přesností a bez jakýchkoli mechanismů zpětné vazby. Motor je tvořen několika elektromagnetickými cívkami, které jsou v určitém pořadí zapínány sérií elektrických impulsů a tím dokáží velmi přesně a v definovaných krocích otáčet rotorem s hřídelí ve zvoleném směru.

Existují dva základní typy krokových motorů: unipolární a bipolární. Je velmi důležité vědět, s jakým typem pracujeme, protože oba druhy motorů se liší způsobem ovládání a buzení.

Unipolární krokový motor

Krokovému motoru se šesti vývody se říká unipolární. Pro buzení unipolárního krokového motoru stačí neměnná polarita napětí, protože jednotlivá vinutí motoru se spínají například tranzistory k zemi.

U unipolárního motoru je jeden společný vodič připojen ke kladnému napájecímu napětí a jednotlivá vinutí se postupně připojují k zápornému pólu zdroje.

Jeho nevýhodou je, že má menší točivý moment, protože současně může být napájena pouze část cívek. Výhodou je jednodušší ovládací obvod.

Bipolární krokový motor

Motoru se čtyřmi vývody se říká bipolární. Pro buzení bipolárního krokového motoru je zapotřebí měnit polaritu napětí na jeho vinutích, k čemuž se používá H-můstek.

Bipolární budič používá obvod H-můstku, aby mohl reverzovat tok proudu pomocí fází. Díky střídavé polaritě mohou být využity všechny cívky a motor může dosahovat vyššího točivého momentu.

Dvoufázový bipolární motor má dvě skupiny cívek a čtyři vodiče, dva pro každou fázi. Některé motory mají flexibilní zapojení, které umožňuje spuštění v unipolárním nebo bipolárním režimu.

Motory s pěti, šesti a osmi vývody

Motor s pěti vývody je obvykle unipolární. Prostřední vývody obou vinutí jsou spojeny už v motoru a vyvedeny jedním vodičem.

Šestivodičový motor připojuje společné vodiče dvou spárovaných fází. Vodiče lze spojit tak, aby vznikl pětivodičový unipolární motor, nebo lze motor použít jako bipolární.

Osmivodičový motor je nejuniverzálnější. Může být připojen jako čtyřfázový unipolární, jako dvoufázový bipolární se sériově zapojenými fázemi nebo jako dvoufázový bipolární s paralelním zapojením fází.

Paralelní zapojení má poloviční odpor a indukčnost, ale k provozu vyžaduje dvakrát tolik proudu. Výhodou tohoto zapojení je vyšší točivý moment a maximální rychlost.

Jak zjistit zapojení krokového motoru ohmmetrem

Krokové motory z disketových mechanik, kopírek, faxů a tiskáren se liší velikostí, hmotností, konstrukcí, barvami vodičů a odporem vinutí. Barva vodiče proto sama o sobě nemusí spolehlivě určit jeho funkci.

Pomocí ohmmetru lze vyhledat vodiče patřící ke stejnému vinutí. Vodiče jednoho vinutí vykazují měřitelný odpor, zatímco mezi vodiči různých vinutí se odpor neprojeví.

U šestivodičového unipolárního motoru mají měření od společného vodiče ke koncům vinutí obvykle menší hodnotu než měření mezi oběma konci celého vinutí. U pěti vodičů je společný střed vyveden pouze jedním vodičem.

Po identifikaci vinutí lze určit pořadí jejich buzení. Při pokusu se zdrojem napětí je možné postupně přivádět napětí na jednotlivá vinutí a sledovat směr jednotlivých kroků, avšak je nutné respektovat proudové a napěťové limity motoru.

Jednofázové a dvoufázové buzení

Krokové motory lze ovládat jednofázově nebo dvoufázově. Při jednofázovém způsobu řízení se napětí přivádí pouze na jedno vinutí motoru.

Při dvoufázovém řízení se budí dvě sousední vinutí se stejně orientovaným magnetickým polem současně. Oběma způsoby řízení lze dosáhnout stejného počtu kroků, ale při dvoufázovém buzení vzroste proud i síla, kterou je rotor držen ve své poloze.

Je-li vybuzena jedna fáze, zuby rotoru se nastaví přímo proti vybuzenému pólu statoru. Jsou-li vybuzeny dvě fáze současně, magnetická klidová poloha zubů rotoru bude v geometrické ose obou vybuzených statorových pólů.

Mikrokrokování krokového motoru

Kombinací jednofázového a dvoufázového buzení lze u stejného motoru dosáhnout dvojnásobného počtu kroků na jednu celou otáčku.

Nejprve se vybudí jedna fáze, potom se k první fázi přidá druhá fáze a nakonec se první fáze vypne. Rotor se tak nastaví nejprve proti jednomu pólu, potom mezi dva póly a nakonec proti druhému pólu.

Tomuto zjemnění kroků se říká mikrokrokování. Existují obvody, které dokáží mezi dvěma póly realizovat více než jeden krok, například 8, 16 nebo 32.

Tyto obvody řídí velikost napětí nebo výkon pomocí PWM ve fázích v určitém vzájemném poměru. Rotor se v takovém režimu nastavuje do mezilehlých poloh působením více magnetických polí.

Krokový úhel pro osmikrokový režim je poloviční než u režimů čtyřkrokových. Osmistupňový provozní režim může udržet vysoký hnací moment a zlepšit přesnost řízení.

Tranzistorové ovladače krokového motoru

Pro buzení unipolárního krokového motoru se jednotlivá vinutí spínají tranzistory k zemi, zatímco středy vinutí jsou připojeny ke kladnému napájecímu napětí.

Příklad zapojení tranzistorů pro buzení unipolárního krokového motoru používá ochranné diody, protože vinutí motoru představují indukční zátěž a při vypnutí mohou vytvářet napěťové špičky.

Nejjednodušší typ ovladače lze sestavit s malým počtem tranzistorů. Tranzistory se postupně zapínají a vypínají, aby dodaly energii jednotlivým fázím a uvedly motor do pohybu.

Takové ovladače jsou relativně levné, ale fungují pouze s unipolárními motory. Pro bipolární motor jsou zapotřebí dva plné H-můstky.

ULN2003 a ULN2803A

Pro řízení čtyřfázového krokového motoru lze použít řadič ULN2003. Jedná se o invertorový obvod, což znamená, že při vysoké úrovni na vstupu je odpovídající výstup obvodu na nízké úrovni.

ULN2803A obsahuje osm Darlingtonových tranzistorů s otevřeným kolektorem. Každý může spínat proud až 500 mA a napětí do 50 V. Obvod integruje potřebné ochranné diody pro spínání indukční zátěže.

Vstupy obvodu ULN2803A jsou ovladatelné úrovněmi TTL a CMOS. Pokud není na některém vstupu připojeno kladné ovládací napětí, je daný vstup držen v logické nule.

Obvod ULN2803A může být součástí zapojení, v němž tranzistory PNP společně s integrovaným obvodem tvoří dva nezávislé H-můstky. Při rozpojené propojce může zapojení fungovat jako ovladač unipolárního motoru a při propojené propojce jako dvojitý H-můstek pro bipolární motor.

Integrované H-můstky

Jednoduchý dvoukanálový ovladač H-můstku lze použít pro bipolární krokový motor. L293D patří mezi známé obvody tohoto typu.

Adafruit Motor Shield V2 používá dva ovladače TB6612 MOSFET. Ve srovnání s L293D nabízí TB6612 vyšší proudovou účinnost a menší poklesy napětí.

Díky dvěma řídicím systémům a čtyřem H-můstkům může každý modul pohánět až dva motory. Řídicí systémy jsou propojeny prostřednictvím PWM s rozhraním I2C.

Řízení krokového motoru pomocí mikrokontroléru

Mikrokontrolér může řídit pořadí buzení, směr, rychlost i režim krokování. Řídicí obvod může umožnit provést jeden krok vlevo nebo vpravo, automaticky krokovat v obou směrech, měnit rychlost a zobrazovat aktivní kombinaci buzení pomocí LED.

Modul Arduino nebo podobný kontrolér nemůže krokový motor obvykle řídit přímo, protože požadovaný proud cívek je příliš velký. Je proto nezbytné připojit řadič nebo driver, který proud do cívek posílí z externího zdroje.

Řídicí obvod může být napájen nízkým stejnosměrným napětím, zatímco výkonová část motoru může využívat samostatné napájení. Zem řídicího zdroje a výkonového zdroje musí být v příslušném zapojení propojena.

Ukázkové připojení ULN2003 k Arduinu

Program postupně nastavuje digitální výstupy podle zvolené sekvence. Pořadí sepnutí fází určuje směr otáčení a časová prodleva mezi jednotlivými kroky určuje rychlost.

Při otočení potenciometru směrem k vyšším hodnotám je rozdíl kladný a krokový motor se otočí jedním směrem. Při otočení potenciometru na druhou stranu je rozdíl záporný a motor se otáčí opačným směrem.

Výchozí poloha a ztráta kroků

Při prvním vybuzení motoru se mohou vyskytnout tři různé stavy. Hřídelka se nemusí pohnout, může provést jeden krok doleva nebo může provést jeden krok doprava.

Směr prvního kroku závisí na počáteční vzájemné poloze zubů rotoru a vybuzených pólů statoru. Pokud není známá aktuální poloha rotoru vůči statoru, nelze předem určit, kde v sekvenci buzení začít.

V přístrojích, kde není možné sledovat aktuální polohu rotoru enkodérem ani ji mechanicky zajistit, není možné dopředu určit, kterým směrem se provede první krok nebo zda se rotor vůbec pohne.

Polohovací zařízení s krokovými motory, která nemají absolutní enkodér, často využívají optické závory, Hallovy snímače nebo koncové spínače na začátku a na konci dráhy. Po zapnutí se provede automatická kalibrace, při které zařízení projede dráhu a spočítá kroky od začátku do konce.

Tato metoda však nevyřeší možnost proklouznutí kroku při přetížení rotoru. Konstruktér proto musí podle požadované přesnosti zvolit vhodné snímače, mechanické dorazy nebo zpětnou vazbu.

Výběr velikosti a mechanického provedení krokového motoru

Jednou z prvních věcí, které je třeba zvážit, je práce, kterou musí motor vykonávat. Většina krokových motorů má uvedenou hodnotu točivého momentu, podle které lze posoudit, zda motor poskytne dostatečný výkon.

Velikost NEMA určuje standardní rozměry čelní desky pro montáž motoru, ale nedefinuje jeho další parametry. Dva různé motory NEMA 17 mohou mít zcela odlišné elektrické i mechanické specifikace a nejsou automaticky zaměnitelné.

NEMA 17 je typická velikost používaná ve 3D tiskárnách a menších CNC frézkách. Větší motory NEMA se obvykle používají v CNC strojích a průmyslových zařízeních.

Počet kroků na otáčku

Počet kroků na otáčku se může pohybovat od 4 do 400. Běžně dostupné hodnoty jsou 24, 48 a 200 kroků na otáčku.

Rozlišení se často vyjadřuje ve stupních na krok. Motor s krokem 1,8° odpovídá motoru s 200 kroky na otáčku.

Kompromisem vysokého rozlišení je rychlost a točivý moment. Motory s velkým počtem kroků mají lepší výkon při nižších otáčkách, zatímco vyšší rychlost vede k nižšímu točivému momentu.

Převodovka

Dalším způsobem, jak dosáhnout vysokého rozlišení polohy, je použití převodovky. Převodovka také zvýší točivý moment motoru, ale kompromisem je nižší rychlost výstupní hřídele.

Převodové krokové motory se obvykle používají v projektech s nízkými otáčkami. U motoru 28BYJ-48 je použita redukční převodovka 1/64.

Pokud má samotný rotor 32 kroků na otáčku a převodovka má poměr 1/64, připadá na jednu otáčku výstupní osy 2048 kroků. Při programování je nutné rozlišit počet kroků na otáčku samotného rotoru a počet kroků na otáčku výstupní osy za převodovkou.

Typ hřídele

• Kulatá nebo D-hřídel: zploštěná strana pomáhá zabránit prokluzování řemenice, ozubeného kola nebo spojky.
• Drážkovaná hřídel: je určena pro spolupráci s odpovídajícím nábojem nebo převodem.
• Kardanová hřídel: používá se například u lineárních pohonů a miniaturních polohovacích mechanismů.

Při výběru je nutné zkontrolovat nejen průměr hřídele, ale také její délku, tvar, způsob upevnění a maximální přípustné zatížení.

Elektrické parametry motoru a ovladače

Nejdůležitější parametry ovladače jsou maximální napětí a maximální trvalý proud, který může být dodáván do motoru. Špičkové proudy nejsou pro krokové motory rozhodující; vždy je třeba sledovat jmenovitý trvalý proud.

U motoru je nutné znát proud na fázi a odpor na fázi. Proud na fázi představuje maximální proud, který vinutí zvládne bez přehřátí, a odpor na fázi je elektrický odpor každého vinutí.

Napětí a proud lze u odporové zátěže vztáhnout pomocí Ohmova zákona: napětí = proud × odpor a proud = napětí / odpor.

Fáze krokového motoru jsou induktory, které nepodléhají náhlým změnám proudu. Na konci zdvihu nebo při nehybném motoru se však chovají jako odporová zátěž a motor může odebírat nejvíce elektřiny právě tehdy, když se nepohybuje.

Některé motory mají velmi nízký odpor cívky. Použití obvodu s konstantním napětím by u nich mohlo vést k příliš vysokému proudu a neuspokojivému provozu, takže vyžadují specializovanější ovladač s řízením proudu.

Chopperový driver

Cívky krokových motorů vytvářejí při napájení magnetické pole. Měnící se magnetické pole vytváří v cívce proud opačného směru, známý jako reverzní elektromotorická síla nebo reverzní EMF.

Reverzní EMF zvyšuje impedanci cívky a omezuje tok proudu zejména na začátku každého zdvihu. Chopperový ovladač tento účinek vyrovnává tím, že motor napájí vyšším napětím a současně sleduje proud.

Ovladač proud přeruší dříve, než překročí nastavenou úroveň. Vyšší napětí umožní dodat více proudu na začátku zdvihu, což může zvýšit dostupný točivý moment a maximální rychlost.

Pohon krokového motoru napětím několikanásobně vyšším než jmenovité napětí je u chopperového ovladače běžný, ale napětí musí vždy odpovídat limitům konkrétního driveru.

Točivý moment, rychlost a zatížení

Většina motorů má specifikaci točivého momentu, například v newtonech na centimetr. Jeden newton na centimetr znamená, že motor může vyvinout sílu jeden newton ve vzdálenosti jednoho centimetru od středu hřídele.

Při výpočtu točivého momentu je nutné zahrnout moment potřebný pro zrychlení i pro překonání tření. Zvednutí nebo rozběhnutí zátěže vyžaduje více točivého momentu než její pouhé držení.

Krokové motory mají maximální točivý moment při nízkých otáčkách. Při vysokých rychlostech jejich točivý moment klesá a při příliš rychlém řízení může rotor ztratit synchronizaci.

Pokud projekt vyžaduje vysoký točivý moment při nízkých otáčkách, může být vhodný krokový motor s převodovkou. Při volbě je však nutné započítat také ztráty převodovky a omezení rychlosti.

Schéma ovládání hydraulického motoru

Schéma hydraulického motoru je snazší pochopit, když jej přestanete číst jako seznam kusů. Je to mapa energie pohybující se strojem.

Olej vstupuje přes pracovní port. Distribuční prvek směruje tento olej do pohyblivých komor. Pohyblivé komory tlačí rotující skupinu a tento pohyb dosáhne výstupního hřídele, který otáčí buben, dopravník, kolo, míchačku, šnek nebo jinou zátěž.

Malá množství oleje také procházejí mezerami uvnitř motoru. Výkres musí znázorňovat, jak se s tímto únikem zachází, protože tato skromná čára může rozhodnout, zda hřídelová ucpávka zůstane suchá.

Krátká odpověď je, že schéma může identifikovat rodinu motorů a její rizikové body, ale nemůže samo o sobě schválit náhradu. Dalším krokem je vždy spojit obrázek s údaji o průtoku, použitelném tlakovém rozdílu, zpětném tlaku, teplotě, montáži a zatížení.

Základní cesta hydraulické energie

Nejjednodušší způsob, jak číst cestu oleje, je představit si, že přes výkres obkreslíte jeden malý balík oleje. Vstupuje do portu A nebo B podle zvoleného směru otáčení.

Olej nejde přímo do hřídele. Nejprve jej rozdělovač, cívka, ventilová deska nebo rozvodová plocha navedou do správné pracovní komory. Tlak působí na povrch uvnitř této komory a výsledná síla způsobuje otáčení ozubeného kola, rotoru nebo skupiny pístů.

Spojka přenáší tuto rotaci na výstupní hřídel. Motor má výstupní cestu pro hlavní pracovní proud a může mít také vnitřní nebo vnější cestu pro únik oleje.

Obecná sekvence čtení je:

Pracovní port → distribuční prvek → rotační komory → hnací článek nebo blok válců → výstupní hřídel.

Pro vnitřní únik platí samostatná cesta:

Vnitřní netěsnost → skříň motoru → specifikovaná vypouštěcí trasa nebo nízkotlaký návrat.

Toto je vzdělávací schéma, nikoli servisní výkres konkrétního produktu. Přesné porty, drenážní uspořádání, přípustný zpětný tlak a limity těsnění musí pocházet z dokumentace vybraného modelu.

Části hydraulického motoru a jejich význam

Orbitální, radiální pístové a axiální pístové motory

Orbitální hydraulický motor

Schéma orbitálního motoru běžně zobrazuje vnitřní a vnější ozubené kolo, často nazývané gerotor nebo geroler, spolu s distribučním systémem, hnacím článkem, hřídelí, ložisky a těsněními.

Každé otočení spotřebuje definovaný objem oleje. Tento objem je výtlak. Pokud schéma ukazuje gerotorovou nebo gerolerovou skupinu, je kategorie orbitálních motorů rozumným výchozím bodem pro další porovnání.

Výkres stále ponechává několik kritických otázek otevřených: zda motor používá samostatný odtok, zda je hřídel válcová, kuželová nebo drážkovaná, zda pohání řetězové kolo, pružnou spojku nebo přímé zatížení a zda obsahuje ventil, snímač rychlosti nebo speciální těsnění.

Radiální pístový motor

Schéma radiálního pístu normálně ukazuje více pístů uspořádaných kolem vačky nebo excentrické dráhy. Může mít větší uspořádání ložisek a konstrukci vhodnou pro práci při nízké rychlosti a vysokém točivém momentu.

Vizuální rozdíl od kompaktního orbitálního motoru je důležitý, protože výběr se rozšiřuje o zatížení přímého pohonu, nosnou kapacitu, možnosti brzd, montážní rozhraní a odvodnění skříně.

Integrovaná pojezdová jednotka nebo redukční pohon není totéž co holý motor. Je nutné potvrdit přesnou brzdu, převodový poměr, přírubu, hřídel, porty a zatížení stroje.

Axiální pístový motor

Schéma motoru s axiálním pístem často zobrazuje blok válců, písty, pantofle, mechanismus cykliky nebo ohnuté osy, ventilovou desku a vypouštěcí otvor skříně.

Tyto části ukazují, že čistý olej, správné uspořádání ovládání, tlak ve skříni a přesné portování vyžadují pečlivou pozornost. Z obecného obrázku nelze odvodit konkrétní hodnocení, přípustný tlak skříně, trasu odtoku ani zaměnitelnost dílů.

Motor může mít stejný jmenovitý zdvihový objem jako jiný motor a přesto vyžadovat jiné uspořádání odvodnění, úroveň čistoty, montážní řešení nebo řídicí obvod.

Výtlak, průtok a rychlost hydraulického motoru

Výtlak je objem oleje, který motor potřebuje na jednu otáčku. Obvykle se vyjadřuje v cc/ot a propojuje výkres se skutečným chováním stroje.

Při daném průtoku se motor s větším objemem obvykle otáčí pomaleji, protože každá otáčka spotřebuje více oleje. Při daném tlakovém rozdílu má motor s větším objemem větší teoretický momentový potenciál.

Základní vztah pro teoretické otáčky při průtoku v litrech za minutu a výtlaku v cc/ot je:

Teoretické otáčky za minutu = průtok × 1 000 / výtlak.

Výpočet pro motor 315 ccm/ot

Průtok, který skutečně dosáhne motoru, je 28 l/min. Zdvihový objem kandidáta je 315 ccm/ot a předpokládaná objemová účinnost pouze pro screening je 0,90.

Nejprve se vypočítají teoretické otáčky: 28 × 1 000 / 315 = 88,9 ot./min.

Po použití uvedeného předpokladu se získá: 88,9 × 0,90 = 80,0 ot./min.

Výsledkem není nárok na výkon konkrétního výrobku. Znamená to, že při tomto předpokládaném průtoku a účinnosti patří kandidát 315 ccm/ot do diskuse o přibližně 80 otáčkách za minutu.

Průtok uvedený na typovém štítku čerpadla není automaticky průtok dostupný u motoru. Část průtoku může být spotřebována jinými funkcemi, omezením, netěsností nebo řízením okruhu.

Tlakový rozdíl a točivý moment hydraulického motoru

Rychlost souvisí především s průtokem, zatímco točivý moment souvisí hlavně s tlakovým rozdílem v motoru.

Čerpadlo může být dimenzováno na určitý tlak, ale nemusí to být tlakový rozdíl, který motor skutečně dostává při práci. Hadice, směrové ventily, filtry, chladiče, omezení zpátečky a další funkce mohou část dostupného tlaku spotřebovat.

Pro výukový výpočet lze použít vztah:

Teoretický točivý moment v N·m = tlakový rozdíl v bar × výtlak v cc/ot / (20π).

Při tlakovém rozdílu 180 barů a výtlaku 315 ccm/ot vychází: 180 × 315 / (20π) = 902,4 N·m teoreticky.

Pokud se pro screening použije mechanická účinnost 0,85, výsledek je: 902,4 × 0,85 = 767,0 N·m příklad výstupního točivého momentu.

Zvýšením nastavení odlehčení nevzniknou otáčky naprázdno. Extra průtok nebo menší výtlak mění rychlost přímočařeji.

Motor, který se při zatížení zpomaluje, nemusí mít špatný zdvihový objem. Může docházet ke ztrátě použitelného tlakového rozdílu omezením, nastavením ventilu, únikem teplého oleje nebo problémem jinde v okruhu.

Únik u těsnění hřídele a odtok skříně

Hřídelová ucpávka je jednou z nejznámějších položek na výkresu motoru, a proto je snadné ji příliš rychle obvinit. Opotřebované těsnění může unikat, stejně jako rýhovaná hřídel.

Správné náhradní těsnění však může znovu uniknout, pokud se uvnitř skříně motoru zvýší tlak nebo pokud nesprávné seřízení přetíží těsnicí plochu.

Diagram má vést k těmto otázkám:

• Je na motoru externí port odtoku skříně?
• Kam vede jeho hadice?
• Je hadice dlouhá, zalomená, příliš malá nebo sdílená s vysokým průtokem?
• Vytváří zpětný chladič, filtr, rychlospojka nebo potrubí zpětný tlak?
• Je hřídel zatěžována řemenem, řetězem nebo špatně seřízenou spojkou?
• Objevuje se únik pouze při horkém oleji?
• Objevuje se únik pouze tehdy, když je v činnosti jiná funkce stroje?

Tlak v odtoku skříně a průtok odtoku nejsou stejná měření. Vysoký tlak může ukazovat na odpor v drenážní trase, zatímco vysoký průtok může ukazovat na zvýšený vnitřní únik.

Každý z těchto stavů vyžaduje další důkazy, než se rozhodne, že hlavní příčinou je samotné těsnění.

Rozhodovací tabulka pro čtení schématu

Bezpečnost při sestavování schématu

Práce s motory vyžaduje kontrolu napětí, proudu, polarity, průřezu vodičů, ochrany proti zkratu a způsobu odvodu tepla. U relé a stykačů je nutné zabránit současnému sepnutí protilehlých směrů.

U H-můstků nesmí být současně sepnuty oba tranzistory v jedné větvi. U krokových motorů je nutné dodržet proud vinutí a správně připojit ochranné diody nebo použít driver, který ochranu obsahuje.

U hydraulických motorů je nutné respektovat tlakové limity, teplotu oleje, zpětný tlak, správné vedení odtoku skříně a požadavky na čistotu hydraulické kapaliny.

Barvy vodičů na výkresech pouze pomáhají přehlednosti a nemusí nutně odpovídat barvám standardního zapojení. Ilustrační schéma proto nelze bez kontroly převzít jako přesný servisní postup pro konkrétní motor.

tags: #schema #ovladani #motorku