Un attuatore lineare sposta un carico, che può essere un assieme, componenti o un prodotto finito, in linea retta. Converte l'energia in movimento o forza e può essere alimentato da fluido o aria pressurizzata, nonché da elettricità. Ecco un'analisi degli attuatori lineari comuni, i loro vantaggi e svantaggi.

Come funzionano？

• Gli attuatori lineari pneumatici sono costituiti da un pistone all'interno di un cilindro cavo. La pressione proveniente da un compressore esterno o da una pompa manuale sposta il pistone all'interno del cilindro. All'aumentare della pressione, il cilindro si muove lungo l'asse del pistone, creando una forza lineare. Il pistone ritorna nella sua posizione originale grazie alla forza di ritorno elastico o al fluido fornito all'altro lato del pistone.

• Gli attuatori lineari idraulici funzionano in modo simile agli attuatori pneumatici, ma il cilindro viene mosso da un liquido incomprimibile proveniente da una pompa anziché da aria pressurizzata.

• Un attuatore lineare elettrico converte l'energia elettrica in coppia. Un motore elettrico collegato meccanicamente fa girare una vite di comando. Un conduttore filettato o una chiocciola con filettature corrispondenti a quelle della vite non possono ruotare con la vite. Quando la vite ruota, il dado viene guidato lungo le filettature. La direzione in cui si muove il dado dipende dalla direzione in cui ruota la vite e riporta anche l'attuatore nella sua posizione originale.

【Attuatori pneumatici】

Vantaggi

• I vantaggi degli attuatori pneumatici derivano dalla loro semplicità. La maggior parte degli attuatori pneumatici in alluminio hanno una pressione nominale massima di 150 psi con dimensioni del foro che vanno da ? a 8 pollici, che si traducono in circa 30-7.500 libbre di forza. Gli attuatori in acciaio hanno una pressione nominale massima di 250 psi con dimensioni del foro che vanno da ? a 14 pollici e generano forze che vanno da 50 a 38.465 lbf.

• Gli attuatori pneumatici generano un movimento lineare preciso fornendo precisione, ad esempio, entro 0,1 pollici e ripetibilità entro 0,001 pollici.

• Le applicazioni tipiche degli attuatori pneumatici coinvolgono aree con temperature estreme. Un intervallo di temperatura tipico è compreso tra -40°F e 250°F. In termini di sicurezza e ispezione, utilizzando l'aria, gli attuatori pneumatici evitano l'uso di materiali pericolosi. Soddisfano i requisiti di protezione contro le esplosioni e di sicurezza delle macchine perché non creano interferenze magnetiche a causa della mancanza di motori.

• Negli ultimi anni, la pneumatica ha visto molti progressi nella miniaturizzazione, nei materiali e nell'integrazione con l'elettronica e il monitoraggio delle condizioni. Il costo degli attuatori pneumatici è basso rispetto ad altri attuatori. Secondo Bimba Manufacturing, ad esempio, un attuatore pneumatico medio costa dai 50 ai 150 dollari. Gli attuatori pneumatici sono inoltre leggeri, richiedono una manutenzione minima e dispongono di componenti durevoli che rendono la pneumatica un metodo di movimento lineare economicamente vantaggioso.

Svantaggi

• Le perdite di pressione e la comprimibilità dell'aria rendono la pneumatica meno efficiente rispetto ad altri metodi di movimento lineare. Le limitazioni del compressore e dell'erogazione dell'aria implicano che le operazioni a pressioni più basse avranno forze inferiori e velocità più lente. Un compressore deve funzionare continuamente alla pressione di esercizio anche se nulla si muove.

• Per essere veramente efficienti, gli attuatori pneumatici devono essere dimensionati per un lavoro specifico. Pertanto non possono essere utilizzati per altre applicazioni. Il controllo accurato e l'efficienza richiedono regolatori e valvole proporzionali, ma ciò aumenta i costi e la complessità.

• Anche se l'aria è facilmente disponibile, può essere contaminata da olio o lubrificazione, con conseguenti tempi di inattività e manutenzione. Le aziende devono ancora pagare per l’aria compressa, rendendola un materiale di consumo, e il compressore e le linee rappresentano un altro problema di manutenzione.

【Attuatori idraulici】

Vantaggi

• Gli attuatori idraulici sono robusti e adatti per applicazioni a forza elevata. Possono produrre forze 25 volte maggiori rispetto ai cilindri pneumatici di pari dimensioni. Funzionano anche a pressioni fino a 4.000 psi.

• I motori idraulici hanno un elevato rapporto potenza/peso, da 1 a 2 hp/lb in più rispetto a un motore pneumatico.

• Un attuatore idraulico può mantenere forza e coppia costanti senza che la pompa fornisca più fluido o pressione a causa dell'incomprimibilità dei fluidi

• Gli attuatori idraulici possono avere pompe e motori posizionati a notevole distanza con una perdita di potenza minima.

Svantaggi

• L'impianto idraulico perderà fluido. Come gli attuatori pneumatici, la perdita di fluido comporta una minore efficienza. Tuttavia, le perdite di fluido idraulico comportano problemi di pulizia e potenziali danni ai componenti e alle aree circostanti.

• Gli attuatori idraulici richiedono molte parti complementari, tra cui un serbatoio del fluido, motori, pompe, valvole di rilascio e scambiatori di calore, insieme ad apparecchiature per la riduzione del rumore. Ciò rende i sistemi di movimento lineare grandi e difficili da accogliere.

【Attuatori elettrici】

Vantaggi

• Gli attuatori elettrici offrono il posizionamento di controllo di massima precisione. Un esempio dell'intervallo di precisione è +/- 0,000315 pollici e una ripetibilità inferiore a 0,0000394 pollici. Le loro configurazioni sono scalabili per qualsiasi scopo o requisito di forza e sono silenziose, fluide e ripetibili.

• Gli attuatori elettrici possono essere collegati in rete e riprogrammati rapidamente. Offrono un feedback immediato per la diagnostica e la manutenzione.

• Forniscono il controllo completo dei profili di movimento e possono includere encoder per controllare velocità, posizione, coppia e forza applicata.

• In termini di rumore, sono più silenziosi degli attuatori pneumatici e idraulici

• Poiché non vi sono perdite di fluidi, i rischi ambientali vengono eliminati.

Svantaggi

• Il costo unitario iniziale di un attuatore elettrico è superiore a quello degli attuatori pneumatici e idraulici. Secondo l’esempio di Bimba Manufacturing, un attuatore elettrico può costare da $ 150 a più di $ 2.000 a seconda del design e dell’elettronica.

• Gli attuatori elettrici non sono adatti a tutti gli ambienti, a differenza degli attuatori pneumatici, che sono sicuri in aree pericolose e infiammabili

• Un motore in funzione continua si surriscalda, aumentando l'usura del riduttore. Il motore può essere anche di grandi dimensioni e creare problemi di installazione.

• Il motore scelto blocca i limiti di forza, spinta e velocità dell'attuatore su un'impostazione fissa. Se si desidera un diverso insieme di valori per forza, spinta e velocità, è necessario cambiare il motore.