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 pressurizzati, nonché da elettricità. Ecco una panoramica degli attuatori lineari più comuni, con i 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 muove lungo l'asse del pistone, creando una forza lineare. Il pistone ritorna nella sua posizione originale grazie a una forza di ritorno elastico o tramite l'alimentazione di fluido dall'altro lato del pistone.

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

• Un attuatore lineare elettrico converte l'energia elettrica in coppia. Un motore elettrico collegato meccanicamente fa girare una vite di comando. Una madrevite filettata o una chiocciola a sfere con filettature corrispondenti a quelle della vite viene impedita dalla rotazione con la vite. Quando la vite ruota, la chiocciola viene spinta lungo le filettature. La direzione di movimento della chiocciola dipende dalla direzione di rotazione della 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 ha una pressione nominale massima di 150 psi con diametri di alesaggio che vanno da ½ a 8 pollici, che si traducono in una forza compresa tra 30 e 7.500 libbre (13-35 kg) circa. Gli attuatori in acciaio hanno una pressione nominale massima di 250 psi con diametri di alesaggio che vanno da ½ a 14 pollici (35-35 cm) e generano forze comprese tra 50 e 38.465 libbre (25-38.465 libbre).

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

• Le applicazioni tipiche degli attuatori pneumatici riguardano 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'utilizzo di materiali pericolosi. Soddisfano i requisiti di protezione dalle esplosioni e di sicurezza delle macchine perché non creano interferenze magnetiche grazie all'assenza di motori.

• Negli ultimi anni, la pneumatica ha registrato notevoli 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 attuatori. Secondo Bimba Manufacturing, ad esempio, un attuatore pneumatico costa in media tra i 50 e i 150 dollari. Gli attuatori pneumatici sono inoltre leggeri, richiedono una manutenzione minima e sono dotati di componenti durevoli che rendono la pneumatica un metodo di movimento lineare conveniente.

Svantaggi

• Le perdite di pressione e la comprimibilità dell'aria rendono la pneumatica meno efficiente rispetto ad altri metodi a movimento lineare. Le limitazioni del compressore e della portata d'aria implicano che le operazioni a pressioni inferiori comportino forze inferiori e velocità inferiori. 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 compito specifico. Pertanto, non possono essere utilizzati per altre applicazioni. Un controllo accurato e un'efficienza ottimale richiedono regolatori e valvole proporzionali, ma questo aumenta i costi e la complessità.

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

【Attuatori idraulici】

Vantaggi

• Gli attuatori idraulici sono robusti e adatti ad applicazioni ad alta forza. Possono generare forze 25 volte superiori a quelle dei cilindri pneumatici di pari dimensioni. Funzionano anche a pressioni fino a 4.000 psi.

• I motori idraulici hanno un rapporto potenza/peso più elevato, da 1 a 2 CV/lb, rispetto ai motori pneumatici.

• 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

• I sistemi idraulici possono perdere fluido. Come per gli attuatori pneumatici, la perdita di fluido comporta una minore efficienza. Tuttavia, le perdite di fluido idraulico possono causare problemi di pulizia e potenziali danni ai componenti e alle aree circostanti.

• Gli attuatori idraulici richiedono numerosi componenti complementari, tra cui un serbatoio del fluido, motori, pompe, valvole di rilascio e scambiatori di calore, oltre ad apparecchiature di riduzione del rumore. Questo rende i sistemi di movimentazione lineare ingombranti e difficili da installare.

【Attuatori elettrici】

Vantaggi

• Gli attuatori elettrici offrono la massima precisione di posizionamento. Un esempio dell'intervallo di precisione è di +/- 0,000315 pollici (circa 8 mm) e una ripetibilità inferiore a 0,0000394 pollici (circa 8 mm). Le loro configurazioni sono scalabili per qualsiasi scopo o esigenza 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 ci 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 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. Il motore può anche essere 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 set di valori diverso per forza, spinta e velocità, è necessario sostituire il motore.