电动线性执行器——正在兴起的又一细分赛道！
- 2024/8/2 14:16:08 16928
- 来源：控制工程网
电动线性执行器的应用有助于将材料搬运应用提升到新的高度。随着数字化转型将自动化范围扩展到更多轴，以及电动线性执行器可处理更重的负载，越来越多的物料搬运系统设计师正在将液压和气动运动控制转换为电动，尤其是在新项目中。线性执行器供应商正在不断创新，以扩大物料搬运自动化在负载管理、尺寸、智能、耐用性、能效、安全性和人体工程学方面的应用范围。
01 物料搬运自动化的范围
现在，电动线性执行器正为物料搬运自动化提供更复杂和更先进的功能。无论是输送外围内部物流，还是支持给料和灌装等生产过程，物料处理对工业运营的重要性日益凸显。
例如，在装备操作中，线性执行器可能负责进给材料，控制它们以优化对工作面的访问，或将物料从一个输送机转移到另一个输送机。在食品包装操作中，设置可能会消耗多达一半的工作周期。线性执行器可以通过自动展开纸板或切割薄膜来减少时间。
电动执行器还可以扩大可控的工作半径，将材料带向或带离加工。它们可支持叉车、自动导引车(AGV)、伸缩式提升装置或高架输送机上的运动。
02 影响物料搬运自动化的三个因素
自动化物料搬运通常需要重点考虑以下因素：
■ 物理特性：物料搬运自动化开发人员必须考虑在工厂或输送系统上移动的包裹的形状、重量、尺寸、位置和方向稳定性。他们还必须考虑包装材料如何影响其滚动性、滑动性、堆叠性、表面敏感性和刚度。
■ 环境参数：物料搬运设备设计师必须考虑厂房布局、机器尺寸限制和可用自由度等参数。
■ 运动控制参数：与大多数运动控制应用一样，物料搬运应用也要考虑有效载荷的重量和惯性，这取决于循环时间内的速度和加速度以及所需的精度。
物料搬运应用可能还需要特别注意运动因素，如漂移、超调、稳定时间和互换性，尤其要注意驱动器、动力传输系统、位置测量系统和轴承。摩擦也会导致轴承间隙、位置测量系统分辨率差和结构静态变形。此外，动态灵活性也会带来系统的脆弱，从而导致错误和失败。设备设计者必须在考虑维护、安全和耐用性的前提下解决所有这些因素。
03 电动线性执行器在物料搬运中的应用趋势
电动线性执行器在物料搬运中已应用多年。在此期间，电动线性执行器取得了许多进步，为支持新的工业操作进行了优化。这些进展包括：
1 重载搬运
现在，电动执行器可以处理高达25kN的重型负载，这些负载以前一般由液压或气压缸执行。在很大程度上，这些改进得益于部件材料的改进和滚珠丝杠技术的进步，例如使用滚珠轴承。
2 延长的冲程长度
现在，电动线性执行器也能完成更长的冲程，开始应用于以前液压和气动占主导地位的应用。以前，电动线性执行器每次的行程被限制在300或400毫米，而现在可以超过1.2米。
3 紧凑型设计
执行器通常设计在密闭空间内。例如，在包装线上，进给和切割系统可能会与其它装置争夺空间。在AGV或叉车上，空间总是很重要，执行器的尺寸也会影响能源的利用。现在，外壳只有护照大小的执行器可以处理高达2000 N的负载。它们适合更小的空间，而上一代执行器要么太大，要么太弱。
这种紧凑性和简单性是其与液压和气动技术的主要区别，后者需要强大的设备基础设施，如泵、软管、阀门、储罐和压缩机。电动执行器只需插入电源并连接到网络。将可编程逻辑控制器(PLC)与电动执行器集成，即可实现更高效、无缝的控制，从而减少停机时间，提高生产力并节约成本。
4 智能化和网络集成
现在，电动线性执行器可提供模块化的板载控制，实现简单的开关、低电平开关、位置反馈和CAN总线网络集成。它们可以实时监测和控制、诊断、读取位置和运营统计数据，并在运行中进行微调(图2)。随着工厂的数字化程度越来越高，设计师将把材料搬运能力融入到更复杂的运行中。负载将更智能地移动，实现编程运动、远程操作系统和多个执行器之间的同步。
5 使用寿命更长
通常情况下，物料搬运应用程序要全天候运行，即装即用。生产线应用，例如将物品从一个传送带转移到另一个传送皮带的机械臂，具有高占空比，并且容易磨损。AGV、叉车和其它移动设备可以部署在这些应用中，并且通常使用电池(图3)。在室外或危险环境中使用的设备，以及易受湿气和灰尘进入的设备，也可能需要更长的使用寿命。
使用无刷电机的线性执行器，可以获得100%的占空比和长达600公里的免维护寿命。这比液压和气动技术具有更大优势，后者需要持续维护。此外，润滑技术的发展已经实现一些执行器可以在工厂润滑终身免维护。遵守IP65、IP66和IP69K的IP标准，可防止颗粒物、湿气和其它可能缩短执行器寿命的物质进入。
6 安全性和人体工程学
有时，物料搬运设备可能会将人类员工置于危险之中。例如，一台失去动力的机器，可能会以比人类更快的速度卸下负载。重复运动或笨拙的工件定位可能会带来人体工程学方面的挑战。
在这种情况下，电动线性执行器通过机电和静态保持制动器提供帮助，在应用程序断电的情况下将负载保持在适当位置。它们还可以将工作台升高、降低或倾斜到更舒适、更符合人体工程学的角度，使工作更安全。
自动分拣有助于避免漫长的进料器路线，并尽可能地将操作人员从机器的工作周期中解脱出来，将人体工程学和安全放在首位(图4)。更换液压缸还可以消除滑动和掉落在泄漏液体上的风险，以及固体、液体泄漏造成的产品污染。
7 定制化解决方案
在现有技术范围不断扩大的同时，应用的多样性也推动了对定制化解决方案的需求。设计师越来越多地要求组件和系统满足独特需求。制造商通常只需对标准产品进行微小修改就可以满足这些需求，但有时他们可能不得不从头开始设计。具有最广泛产品的执行机构供应商，最有可能改变标准生产线或拥有从头开始设计的专业知识。他们增加标准产品的灵活性和意愿也是一个因素。
定制化能力是大多数电气化设备新设计的另一个显著优势。这种设备通常比前几代更模块化，可以通过修改、添加或删除轴来完成更改。电气设计减少了对系统较大部件的重新设计需求，如液压总管/阀门的重新设计、管道或软管路线。
为了准确计算投资回报率，并对原始设备制造商(OEM)和最终用户的定制项目进行正确的摊销，设计师必须在整个产品生命周期的背景下做出采购决策，包括生产成本、持续运营成本和潜在生产力。同样，决策应考虑集成最新技术的好处，这有助于提高OEM的竞争力并使最终用户受益。
电动执行器是连接新兴数字世界和物理世界的关键技术。现代的电动执行器更强大、更智能，价格也更实惠。电气化正迎来一个高效率的新时代，这将有助于实现更高效的物料搬运自动化和业务提升。
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