Cuando se trata de actuadores lineales, los dispositivos electromecánicos se están convirtiendo en la opción de elección sobre sus primos neumáticos debido a su velocidad, precisión y tamaño.

En los últimos años, las demandas se han vuelto más fuertes de los gerentes de fábrica y de la compañía para usar más actuadores de estilo de varilla eléctrica y menos actuadores neumáticos en los equipos de automatización de fábrica. Varios factores están impulsando esta conversión, pero los más significativos incluyen las necesidades crecientes para:

• Mejore el rendimiento de la máquina con actuadores electromecánicos capaces de mayor precisión.
• Reduzca el tamaño del equipo con actuadores electromecánicos que requieren solo una cuarta parte del espacio para ofrecer el mismo empuje que los actuadores neumáticos.
• Utilice la energía de manera más eficiente, porque los actuadores electromecánicos no necesitan compresores de aire que funcionen las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
• Reduzca el mantenimiento y el costo total de la propiedad, porque los actuadores electromecánicos usan menos componentes, no requieren compresores y no sufren fugas de aire.

Una vez que se toma la decisión de reemplazar los actuadores neumáticos con tipos electromecánicos, el siguiente paso es seleccionar los actuadores electromecánicos correctos entre las muchas marcas. Aunque las especificaciones de empuje fundamental pueden ser similares, existen diferencias significativas en las áreas de rendimiento del ciclo de vida, mantenimiento y resistencia ambiental.

En términos generales, cuanto mayor sea el diámetro del tornillo de la pelota, mayor será el potencial de empuje. Sin embargo, lograr esto requiere un apareamiento adecuado del cojinete de empuje y todos los puntos de fijación, incluido el tubo de extensión, la tuerca de bola interna, la carcasa del rodamiento y la carcasa del limpiaparabrisas. De lo contrario, cualquier aumento en el empuje vendría a expensas de la vida del sistema. Un componente demasiado débil para manejar su carga se desgastará mucho más rápido o incluso se dañará.

Podría tener dos actuadores, cada uno equipado con un tornillo de pelota de 16 mm y que proporciona 750 N de empuje, y uno, por ejemplo, puede tener una vida de viaje de 2,000 km, mientras que el otro proporciona 8,000 km de viaje. La diferencia radica en qué tan bien se acoplan el tornillo de la bola y otros componentes.

Además, debido a que los diámetros de tornillo de bolas más grandes se correlacionan con el costo y la huella, el apareamiento correctamente del tornillo de bola y otros componentes reduce ambos. Para cumplir con un requisito de aplicación de 3.200 N de fuerza, un proveedor puede usar un tornillo de bola con 20 mm de diámetro, mientras que otro proveedor, uno con componentes adecuadamente acoplados, podría lograr el mismo empuje con un tornillo de 12 mm de diámetro. Por lo tanto, el último tornillo de bola se puede reducir sin sacrificar el rendimiento.

El apareamiento de la pelota correctamente con otros componentes afecta significativamente la vida útil del actuador y, cuando se combina con el diseño del portador, los dos factores tienen el mayor impacto en la precisión y la capacidad de carga. Otro objetivo del diseño del actuador es reducir el juego libre radial y lateral. Los factores que afectan esto son el diámetro del cuerpo portador, el área de la superficie de contacto y el uso de patas de soporte. Un cuerpo portador más grande, por ejemplo, admite cargas radiales externas más grandes al maximizar el área de contacto de la superficie en situaciones de carga lateral. La capacidad de cargar los actuadores eléctricos aumenta el rendimiento, la precisión y la compacidad a un nivel que no se puede alcanzar con los actuadores neumáticos o hidráulicos.

Aunque la maximización de las áreas de superficie mejora la capacidad de carga radial y lateral, no necesariamente ayuda a la estabilidad. Esto a menudo se aborda bloqueando las piernas elevadas en canales ranurados (tres en la imagen de arriba). Estas patas de soporte reducen las vibraciones, lo que puede agregar ruido y contribuir al desgaste. La mayoría de los diseños usan una o dos de esas crestas, eliminando así algo de juego, pero puede generar sonidos de clic a medida que el sistema comienza a usar con el tiempo. Sin embargo, el uso de cuatro patas en lugar de dos reduce el desgaste y el ruido, proporcionando una protección antirrotacional más efectiva y duradera. Además, las piernas adicionales aseguran el movimiento de retorno sin ciervo, reduciendo aún más el juego debido al desgaste.

Además, curvar estas patas portadoras hacia afuera crea precarga radial, lo que reduce el juego en el tubo de empuje. También centra el cuerpo del portador y la tuerca de pelota, eliminando la necesidad de cuidar al portador a la extrusión y compensar el desgaste durante la vida útil del dispositivo. Mantener todo en alineación reduce la cantidad de veces que el actuador debe calibrarse para un par inactivo constante.

Las tolerancias cercanas son críticas para reducir el desgaste y la reducción de ruido. Pero si no hay un espacio de aire en absoluto, la presión se desarrolla cuando los actuadores corren a altas velocidades. Esto causa sobrecalentamiento, contribuyendo a problemas de lubricación y otros problemas de durabilidad. Para abordar esto, haga que dos de las características clave masculinas en las patas portadoras más bajas que las dos restantes, ese es el enfoque que Thomson adopta con muchos de sus actuadores. Esto proporciona suficiente brecha para evitar que la presión se acumule. Como se ve en la imagen de arriba, dos de las características clave masculinas situadas ortogonalmente en las patas portadoras son más bajas que las dos restantes.

Mantenimiento

La facilidad de mantenimiento afecta el rendimiento del ciclo de vida y contribuye a los beneficios de productividad. Los actuadores electromecánicos difieren en su lubricación y manejo del motor. La mayoría de los actuadores se retraen para exponer parcialmente las piezas en un 60% a 70% para la lubricación. Los técnicos eliminan las tapas, localizan piezas que necesitan lubricación, agregan grasa y pueden necesitar repetir este proceso.

Sin embargo, un mejor enfoque es extender o retraer el tubo por completo, revelando todos los componentes para la máxima exposición. Esto permite a las empresas usar lubricación automatizada. Además, el uso de un pezón de lubricación eliminaría la necesidad de eliminar la tapa, simplificando aún más el mantenimiento.

El mantenimiento también se puede acelerar si elimina el tiempo necesario para aparear el motor con el actuador mecánico. El montaje tradicionalmente del motor en una configuración paralela lleva de 20 a 25 minutos. Una vez que el motor se está montando, un técnico debe usar una variedad de herramientas para ajustarlo para la tensión y la alineación adecuadas de la correa. Esto requiere al menos 12 pasos.

Sin embargo, si el actuador viene con una solución paralela previamente ensamblada, la correa se puede tensar durante el ensamblaje, eliminando la necesidad de ajustes de tensión de varios pasos: el motor se puede atornillar y usar en solo tres pasos. Para el montaje en línea, los beneficios de una solución preestablecida son similares, aunque no son tan dramáticos.

Además, el uso de los rodamientos de montaje a plazo elimina el riesgo de desalineación. También protege el eje del motor de las cargas radiales, lo que reduce el ruido y extiende aún más la vida útil del actuador.

Resistencia ambiental

Los actuadores electromecánicos difieren en su capacidad para resistir las duras condiciones, el medio ambiente y frecuentes de lavado de alta presión. Esto depende del perfil exterior, la elección del material y los métodos de sellado.

Los perfiles con superficies lisas son más limpias que las superficies ranuradas porque no acumulan polvo y fluidos. Por lo tanto, son más apropiados para entornos hostiles cuando se requieren lavados frecuentes. Sin embargo, podría haber un inconveniente de tener un exterior elegante. Si se usa en aplicaciones que requieren accesorios del sensor, podría ser necesario un complemento de plástico adicional para unir el sensor.

La resistencia ambiental también depende de la composición del material del tubo de extensión. La mayoría de los sistemas usan acero Chrome, pero el acero inoxidable es una opción mucho mejor para entornos hostiles.

Un indicador clave de la resistencia al entorno es el código de protección de ingreso (IP). Una calificación IP de 65, por ejemplo, significa que el dispositivo es a prueba de polvo y protegido contra chorros de agua de baja presión desde cualquier dirección, como se podría encontrar en una operación de lavado de la industria de alimentos y bebidas. Solo unos pocos actuadores eléctricos cumplen con esta calificación, pero en entornos corrosivos, es crítico. Una calificación IP de 54 proporciona cierta protección contra el agua salpicada y menos del 100% de protección contra el polvo, por lo que es aceptable para algunas aplicaciones de lavado, pero no si se trata de presión. Una calificación IP de 40, que es común entre los actuadores lineales, implica que no hay protección contra polvo o líquido.

Las clasificaciones de IP más altas dependen principalmente del uso de mejores sellos. Thomson, por ejemplo, sella cada compartimento, incluidos los montajes de motor, en sus actuadores electromecánicos. Todas las juntas también deben sellarse y extenderse de regreso al motor en lugar de detenerse en la placa de montaje.

La próxima generación de control de movimiento

A medida que las demandas del mercado crecen para una mayor productividad, los tiempos de cambio más cortos, una mayor confiabilidad, mayores ahorros de energía y menores costos de mantenimiento y operación, cada vez más diseñadores y usuarios finales cambian a actuadores electromecánicos sobre neumáticos. Para la maquinaria que requiere control de movimiento sofisticado, los actuadores electromecánicos son prácticamente la única alternativa. Pero incluso para tareas simples de movimiento lineal, diseñadores de control de movimiento y usuarios se inclinan hacia la actuación eléctrica debido a un mantenimiento menor y/o más fácil, un mayor ahorro de energía y operación más limpia.

Los beneficios aún mayores son posibles comparando cuidadosamente diferentes marcas de actuadores eléctricos. Siempre interprete la "capacidad de transporte de carga" en el contexto de los requisitos de vida y espacio del sistema reclamados. Hay compensaciones reales en estas áreas. El diseño del portador afecta la precisión, así como las capacidades de carga de carga lateral y rotativa, así que preste mucha atención a cómo se asegura el portador en el canal y a la forma y el tamaño de cualquier mecanismo de orientación.

Los mecanismos y piezas mejorados, como las patas de soporte y los diseños de piernas, que pueden curvarse para un mejor agarre, mejorarán la precisión y el desgaste. Y el perfil exterior apropiado, las opciones de material y la estrategia de sellado son factores clave para la resistencia ambiental. Los perfiles más suaves, los materiales de acero inoxidable y las calificaciones de IP más altas tienden a ofrecer la mayor protección.