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伺服电机驱动滚珠丝杆方案与传统凸轮方案的比较

发布时间:2016-12-29   点击次数:1595次

深圳通用仪器伺服电机驱动滚珠丝杆方案与传统凸轮方案的比较

 

     液相色谱仪恒流泵系统传统方式是:采用步进电机驱动、用皮带带动凸轮驱动柱塞杆的方式。

    其结构特征:步进电机通过皮带传动带动凸轮(偏心轮)运转,凸轮旋转挤压柱塞杆作水平直线运动。这种挤压力,不是完全的水平方向推力,会造成柱塞杆偏离水平方向运行。
    我们深圳通用仪器公司的新方案是:采用高精度的伺服电机,驱动精密滚珠丝杆,推动柱塞杆的方式。液相色谱仪的高压恒流泵输液系统技术方案属国内* 查新报告编号:201636000L260325   查新机构:教育部科技查新工作站(L26)】 

    其结构特征:采用伺服电机驱动精密滚珠丝杆,去推动柱塞杆作水平直线运动。伺服电机驱动滚珠丝杆旋转,带动螺帽滑块做水平直线运动,滑块推动柱塞杆的作用力是完全水平的,这样使泵的压力稳定性提高,压力波动减小。 
    采用伺服电机驱动精密滚珠丝杆的恒流泵输液系统,一方面交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机,另一方面在驱动柱塞杆作水平直线运行上,采用精密滚珠丝杆的方式要大大优于凸轮传动方式,使用伺服电机驱动精密滚珠丝杆的恒流泵输液系统稳定性大大提高,系统精度提高,压力波动由0.2MPa减小0.02MPa,同时也提高了系统可靠性、耐用性。 该项技术,只是国外技术企业所采用,如:沃特世、安捷伦等公司,而国内企业仍然都采用传统的凸轮驱动方式。  
     伺服电机优于步进电机,具体表现在: 
     a、控制精度更高更精密。步进电机的相数和拍数越多,它的度就越高,伺服电机取块于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度就越高。一般步进电机步距角为1.8°伺服电机为0.036°伺服电机比步进电机的控制精度高50倍。
     b、控制方式要好,使稳定性提高;步进电机是开环控制,伺服电机是闭环控制,稳定性大大提高。
     c、低频特性要好,没有低速振动现象;步进电机在低速时易出现低频振动现象,当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象,伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点便于系统调整。
     d、矩频特性更好;步进电机的输出力矩会随转速升高而下降,交流伺服电机为恒力矩输出。
     e、过载能力更强;步进电机一般不具有过载能力,而交流电机具有较强的过载能力。
     f、运行性能更好更可靠;步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲现象,交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
     g、速度响应更快;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒,而交流伺服系统的加速性能较好,一般只需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。    

    (5)  新方案带来其它方面的改进提高:国内品牌采用的传统方案,都含有缓冲器和梯度混合器,由于缓冲器和梯度混合器,都会集聚残留3mL的死体积,死体积会降低系统的样品检测速度,降低系统检测的重现性,本公司新的输液系统去掉了传统的缓冲器和梯度混合器,使系统死体积降到zui小程度,提高了设备的重复性指标。定性重复性由小于0.2%RSD 提高到小于0.05%RSD ,检测速度提高20%,同时也尽可能地减少故障点,提高了设备使用的可靠性、耐用性。 

伺服电机驱动滚珠丝杆方案与传统凸轮方案的比较

 

     液相色谱仪恒流泵系统传统方式是:采用步进电机驱动、用皮带带动凸轮驱动柱塞杆的方式。

    其结构特征:步进电机通过皮带传动带动凸轮(偏心轮)运转,凸轮旋转挤压柱塞杆作水平直线运动。这种挤压力,不是完全的水平方向推力,会造成柱塞杆偏离水平方向运行。
    我们深圳通用仪器公司的新方案是:采用高精度的伺服电机,驱动精密滚珠丝杆,推动柱塞杆的方式。液相色谱仪的高压恒流泵输液系统技术方案属国内* 查新报告编号:201636000L260325   查新机构:教育部科技查新工作站(L26)】 

    其结构特征:采用伺服电机驱动精密滚珠丝杆,去推动柱塞杆作水平直线运动。伺服电机驱动滚珠丝杆旋转,带动螺帽滑块做水平直线运动,滑块推动柱塞杆的作用力是完全水平的,这样使泵的压力稳定性提高,压力波动减小。 
    采用伺服电机驱动精密滚珠丝杆的恒流泵输液系统,一方面交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机,另一方面在驱动柱塞杆作水平直线运行上,采用精密滚珠丝杆的方式要大大优于凸轮传动方式,使用伺服电机驱动精密滚珠丝杆的恒流泵输液系统稳定性大大提高,系统精度提高,压力波动由0.2MPa减小0.02MPa,同时也提高了系统可靠性、耐用性。 该项技术,只是国外技术企业所采用,如:沃特世、安捷伦等公司,而国内企业仍然都采用传统的凸轮驱动方式。  
     伺服电机优于步进电机,具体表现在: 
     a、控制精度更高更精密。步进电机的相数和拍数越多,它的度就越高,伺服电机取块于自带的编码器,编码器的刻度越多,精度就越高。一般步进电机步距角为1.8°伺服电机为0.036°伺服电机比步进电机的控制精度高50倍。
     b、控制方式要好,使稳定性提高;步进电机是开环控制,伺服电机是闭环控制,稳定性大大提高。
     c、低频特性要好,没有低速振动现象;步进电机在低速时易出现低频振动现象,当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象,伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点便于系统调整。
     d、矩频特性更好;步进电机的输出力矩会随转速升高而下降,交流伺服电机为恒力矩输出。
     e、过载能力更强;步进电机一般不具有过载能力,而交流电机具有较强的过载能力。
     f、运行性能更好更可靠;步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲现象,交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
     g、速度响应更快;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒,而交流伺服系统的加速性能较好,一般只需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。    

    (5)  新方案带来其它方面的改进提高:国内品牌采用的传统方案,都含有缓冲器和梯度混合器,由于缓冲器和梯度混合器,都会集聚残留3mL的死体积,死体积会降低系统的样品检测速度,降低系统检测的重现性,本公司新的输液系统去掉了传统的缓冲器和梯度混合器,使系统死体积降到zui小程度,提高了设备的重复性指标。定性重复性由小于0.2%RSD 提高到小于0.05%RSD ,检测速度提高20%,同时也尽可能地减少故障点,提高了设备使用的可靠性、耐用性。 

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