Un attuatore lineare sposta un carico, che può essere un assieme, dei componenti o un prodotto finito, in linea retta. Converte l'energia in movimento o forza e può essere alimentato da fluido o aria compressa, oltre che da elettricità. Ecco una descrizione dei più comuni attuatori lineari, dei loro vantaggi e svantaggi.

Come funzionano?

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

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

• Un attuatore lineare elettrico converte l'energia elettrica in coppia. Un motore elettrico collegato meccanicamente fa ruotare una vite senza fine. Un dado filettato, con filettatura corrispondente a quella della vite, è impedito di ruotare con essa. Quando la vite ruota, il dado viene spinto lungo la filettatura. La direzione di movimento del dado dipende dalla direzione di rotazione della vite e riporta l'attuatore nella sua posizione originale.

【Attuatori pneumatici】

Dettagli

• I vantaggi degli attuatori pneumatici derivano dalla loro semplicità. La maggior parte degli attuatori pneumatici in alluminio ha una pressione massima nominale di 150 psi con diametri interni che vanno da ½ a 8 pollici, che si traducono in una forza approssimativa da 30 a 7.500 libbre. Gli attuatori in acciaio hanno una pressione massima nominale di 250 psi con diametri interni che vanno da ½ a 14 pollici e generano forze che vanno da 50 a 38.465 libbre.

• Gli attuatori pneumatici generano un movimento lineare preciso, garantendo un'accuratezza, ad esempio, entro 0,1 pollici e una ripetibilità entro 0,001 pollici.

• Gli attuatori pneumatici trovano tipicamente applicazione in aree con temperature estreme. L'intervallo di temperatura tipico va da -40 °F a 250 °F. In termini di sicurezza e ispezione, grazie all'utilizzo dell'aria, gli attuatori pneumatici evitano l'impiego di materiali pericolosi. Soddisfano i requisiti di protezione antideflagrante e di sicurezza delle macchine poiché, non essendo dotati di motori, non generano interferenze magnetiche.

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

Svantaggi

• Le perdite di pressione e la comprimibilità dell'aria rendono i sistemi pneumatici meno efficienti rispetto ad altri metodi di movimento lineare. I limiti del compressore e dell'alimentazione dell'aria implicano che le operazioni a pressioni inferiori avranno forze inferiori e velocità più basse. Un compressore deve funzionare costantemente alla pressione di esercizio anche in assenza di movimento.

• Per essere veramente efficienti, gli attuatori pneumatici devono essere dimensionati per un'applicazione specifica. Pertanto, non possono essere utilizzati per altre applicazioni. Un controllo preciso ed efficiente richiede regolatori e valvole proporzionali, ma ciò aumenta i costi e la complessità.

• Sebbene l'aria compressa sia facilmente reperibile, può essere contaminata da olio o lubrificante, causando tempi di inattività e interventi di manutenzione. Le aziende devono comunque pagare per l'aria compressa, rendendola un bene di consumo, e il compressore e le tubazioni rappresentano un ulteriore problema di manutenzione.

【Attuatori idraulici】

Dettagli

• Gli attuatori idraulici sono robusti e adatti ad applicazioni ad alta forza. Possono generare forze 25 volte superiori rispetto ai cilindri pneumatici di pari dimensioni. Inoltre, funzionano a pressioni fino a 4.000 psi.

• I motori idraulici hanno un rapporto potenza/peso superiore di 1-2 CV/lb rispetto ai motori pneumatici.

• Un attuatore idraulico può mantenere costanti forza e coppia senza che la pompa fornisca ulteriore fluido o pressione grazie all'incomprimibilità dei fluidi.

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

Svantaggi

• Nei sistemi idraulici si possono verificare perdite di fluido. Come negli attuatori pneumatici, la perdita di fluido comporta una minore efficienza. Tuttavia, le perdite di fluido idraulico causano problemi di pulizia e potenziali danni ai componenti e alle aree circostanti.

• Gli attuatori idraulici richiedono numerosi componenti accessori, tra cui un serbatoio del fluido, motori, pompe, valvole di rilascio e scambiatori di calore, oltre a dispositivi per la riduzione del rumore. Ciò si traduce in sistemi di movimento lineare di grandi dimensioni e difficili da installare.

【Attuatori elettrici】

Dettagli

• Gli attuatori elettrici offrono il posizionamento con il controllo di precisione più elevato. Un esempio del range di accuratezza è di +/- 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.

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

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

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

Svantaggi

• Il costo unitario iniziale di un attuatore elettrico è superiore a quello degli attuatori pneumatici e idraulici. Secondo l'esempio di Bimba Manufacturing, il prezzo di un attuatore elettrico può variare da 150 a oltre 2.000 dollari, 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. Inoltre, il motore può essere di grandi dimensioni e creare problemi di installazione.

• Il motore scelto blocca i limiti di forza, spinta e velocità dell'attuatore su un valore fisso. Se si desiderano valori diversi per forza, spinta e velocità, è necessario sostituire il motore.