Quando si tratta di attuatori lineari, i dispositivi elettromeccanici stanno diventando l'opzione di scelta sui loro cugini pneumatici a causa della loro velocità, precisione e dimensioni.

Negli ultimi anni, le richieste sono diventate più forti dai gestori di fabbrica e aziendali per utilizzare più attuatori di biella elettrici e meno attuatori pneumatici nelle apparecchiature di automazione delle fabbriche. Diversi fattori stanno guidando questa conversione, ma i più significativi includono le crescenti esigenze di:

• Migliorare le prestazioni della macchina con attuatori elettromeccanici in grado di maggiore precisione.
• Ridurre le dimensioni delle apparecchiature con attuatori elettromeccanici che richiedono solo circa un quarto dello spazio per fornire la stessa spinta degli attuatori pneumatici.
• Utilizzare l'energia in modo più efficiente, poiché gli attuatori elettromeccanici non hanno bisogno di compressori d'aria che funzionano 24 ore su 24, 7 giorni su 7, mantenendo la pressione.
• Ridurre la manutenzione e il costo totale di proprietà, poiché gli attuatori elettromeccanici utilizzano meno componenti, non richiedono compressori e non subiscono perdite d'aria.

Una volta presa la decisione di sostituire gli attuatori pneumatici con tipi elettromeccanici, il passo successivo è selezionare gli attuatori elettromeccanici giusti tra i tanti marchi. Sebbene le specifiche di spinta fondamentali possano essere simili, esistono differenze significative nelle aree delle prestazioni del ciclo di vita, della manutenibilità e della resistenza ambientale.

In generale, maggiore è il diametro della vite a sfera, maggiore è il potenziale di spinta. Tuttavia, il raggiungimento di ciò richiede un'adeguata accoppiamento del cuscinetto di spinta e di tutti i punti di fissazione, tra cui il tubo di estensione, il dado a sfera interno, l'alloggiamento del cuscinetto e l'alloggiamento del tergicristallo. Altrimenti, qualsiasi aumento della spinta sarebbe a spese della vita del sistema. Un componente troppo debole per gestire il suo carico si consumerà molto più velocemente o addirittura si danneggerà.

Potresti avere due attuatori, ciascuno dotato di una vite a sfera da 16 mm e fornire 750 N di spinta e uno, ad esempio, potrebbe avere una vita di viaggio di 2.000 km, mentre l'altro fornisce 8.000 km di viaggio. La differenza sta nel modo in cui la vite a sfera e altri componenti sono accoppiati tra loro.

Inoltre, a causa dei più grandi diametri a vite a sfera correlati con i costi e l'impronta, accoppiando correttamente la vite a sfera e altri componenti riducono entrambi. Per soddisfare un requisito di applicazione di 3.200 N di forza, un fornitore potrebbe utilizzare una vite a sfera con diametro di 20 mm, mentre un altro fornitore, uno con componenti correttamente accoppiati, potrebbe ottenere la stessa spinta con una vite di diametro di 12 mm. Pertanto, quest'ultima vite a sfera può essere ridimensionata senza sacrificare le prestazioni.

Le viti a sfera di accoppiamento corrette con altri componenti influiscono significativamente sulla vita dell'attuatore e, se combinati con il design del vettore, i due fattori hanno il maggiore impatto sulla precisione e sulla capacità di carico. Un altro obiettivo del design dell'attuatore è ridurre il gioco libero e laterale. I fattori che influenzano questo sono il diametro del corpo del portatore, la superficie di contatto e l'uso di gambe di supporto. Un corpo di vettore più grande, ad esempio, supporta carichi radiali esterni più grandi massimizzando l'area di contatto della superficie in situazioni di carico laterale. La capacità di caricare side di carico elettrico aumenta le prestazioni, la precisione e la compattezza a un livello non raggiungibile con attuatori pneumatici o idraulici.

Sebbene massimizzare le aree superficiali migliora la capacità di carico radiale e laterale, non aiuta necessariamente la stabilità. Questo viene spesso affrontato bloccando le gambe elevate in canali scanalati (tre nell'immagine sopra). Queste gambe di supporto riducono le vibrazioni, che possono aggiungere rumore e contribuire all'usura. La maggior parte dei design utilizza una o due di queste creste, rimuovendo così un po 'di gioco, ma può generare suoni di clic mentre il sistema inizia a indossare nel tempo. Utilizzando quattro gambe anziché due, tuttavia, riduce l'usura e il rumore, fornendo una protezione anti-rotazionale più efficace e resistente. Inoltre, le gambe aggiuntive garantiscono un movimento di ritorno senza cocco, riducendo ulteriormente il gioco a causa dell'usura.

Inoltre, curvare queste gambe portanti verso l'esterno crea precarico radiale, che riduce il gioco nel tubo di spinta. Cende inoltre il corpo del corriere e il dado a sfera, eliminando la necessità di evitare il vettore all'estrusione e compensare l'usura per la vita del dispositivo. Mantenere tutto in allineamento riduce la quantità di volte in cui l'attuatore deve essere calibrato per una coppia inattiva costante.

Le tolleranze ravvicinate sono fondamentali per abbassare l'usura e la riduzione del rumore. Ma se non esiste affatto il gap d'aria, la pressione si accumula quando gli attuatori funzionano ad alta velocità. Ciò provoca il surriscaldamento, contribuendo ai problemi di lubrificazione e ad altri problemi di durabilità. Per affrontare questo, fai in meno due delle caratteristiche chiave maschili sulle gambe del vettore delle restanti due: questo è l'approccio che Thomson adotta con molti dei suoi attuatori. Ciò fornisce abbastanza spazio per evitare che la pressione si basi. Come visto nell'immagine sopra, due delle caratteristiche della chiave maschile situate ortogonalmente sulle gambe del portatore sono inferiori ai restanti due.

Manutenibilità

La facilità di manutenzione influisce sulle prestazioni del ciclo di vita e contribuisce ai benefici della produttività. Gli attuatori elettromeccanici differiscono nella loro lubrificazione e gestione del motore. La maggior parte degli attuatori si ritrae per esporre parzialmente le parti dal 60% al 70% per la lubrificazione. I tecnici rimuovono i cappucci, individuano parti che necessitano di lubrificazione, aggiungi grasso e potrebbero dover ripetere questo processo.

Un approccio migliore, tuttavia, è quello di estendere o ritirare completamente il tubo, rivelando tutti i componenti per la massima esposizione. Ciò consente alle aziende di utilizzare la lubrificazione automatizzata. Inoltre, l'uso di un capezzolo di lubrificazione eliminerebbe la necessità di rimuovere il cappuccio, semplificando ulteriormente la manutenzione.

La manutenzione può anche essere accelerata se si elimina il tempo necessario per accoppiarsi il motore con l'attuatore meccanico. Tradizionalmente il montaggio del motore in una configurazione parallela dura da 20 a 25 minuti. Una volta montato il motore, un tecnico deve utilizzare una varietà di strumenti per regolarlo per la tensione e l'allineamento della cintura adeguate. Ciò richiede almeno 12 passaggi.

Tuttavia, se l'attuatore viene fornito con una soluzione parallela pre-assemblata, la cinghia può essere pre-tensione durante il montaggio, eliminando la necessità di regolazioni di tensione in più fasi: il motore può essere bullonato e utilizzabile in soli tre passaggi. Per il montaggio in linea, i vantaggi di una soluzione pre-assemblata sono simili, sebbene non così drammatici.

Inoltre, l'uso di cuscinetti a montaggio a strati elimina il rischio di disallineamento. Protegge anche l'albero del motore dai carichi radiali, il che riduce il rumore e estende ulteriormente la vita degli attuatori.

Resistenza ambientale

Gli attuatori elettromeccanici differiscono nella loro capacità di resistere a condizioni dure, ambiente e frequenti lavaggi ad alta pressione. Questo dipende dal profilo esterno, dalla scelta del materiale e dai metodi di tenuta.

I profili con superfici lisce sono più puliti delle superfici scanalate perché non accumulano polvere e fluidi. Pertanto, sono più appropriati per ambienti difficili quando sono necessari frequenti lavaggi. Tuttavia, potrebbe esserci un aspetto negativo per avere un esterno elegante. Se utilizzato nelle applicazioni che richiedono attacchi di sensore, potrebbe essere necessario un componente aggiuntivo in plastica extra per collegare il sensore.

La resistenza ambientale dipende anche dalla composizione del materiale del tubo di estensione. La maggior parte dei sistemi utilizza l'acciaio Chrome, ma l'acciaio inossidabile è una scelta molto migliore per ambienti difficili.

Un indicatore chiave della resistenza all'ambiente è il codice IP (Ingress Protection). Una valutazione IP di 65, ad esempio, significa che il dispositivo è resistente alla polvere e protetto contro i getti d'acqua a bassa pressione da qualsiasi direzione, come si potrebbe trovare in un'operazione di lavaggio del settore alimentare e delle bevande. Solo pochi attuatori elettrici incontrano questa valutazione, ma in ambienti corrosivi, è fondamentale. Una valutazione IP di 54 fornisce una certa protezione contro l'acqua schizzata e meno del 100% di protezione contro la polvere, rendendolo accettabile per alcune applicazioni di lavaggio, ma non se è coinvolta la pressione. Una valutazione IP di 40, che è comune tra gli attuatori lineari, implica che non vi è polvere o protezione liquida.

Rating IP più elevate dipendono principalmente dall'uso di guarnizioni migliori. Thomson, ad esempio, sigilla ogni compartimento, compresi i supporti del motore, sui suoi attuatori elettromeccanici. Tutte le guarnizioni dovrebbero anche essere sigillate ed estendersi fino al motore anziché fermarsi alla piastra di montaggio.

La prossima generazione di controllo del movimento

Man mano che le richieste di mercato aumentano per una maggiore produttività, tempi di cambio più brevi, maggiore affidabilità, maggiori risparmi energetici e minori costi di manutenzione e operativa, sempre più progettisti e utenti finali stanno passando a attuatori elettromeccanici sugli attuatori pneumatici. Per i macchinari che richiedono un sofisticato controllo del movimento, gli attuatori elettromeccanici sono praticamente l'unica alternativa. Ma anche per semplici compiti di movimento lineari, progettisti e utenti di controllo del movimento si appoggiano all'attuazione elettrica a causa di una manutenzione inferiore e/o più facile, aumento del risparmio energetico e funzionamento più pulito.

Sono possibili benefici ancora maggiori confrontando attentamente diversi marchi di attuatori elettrici. Interpreta sempre la "capacità di trasporto del carico" nel contesto dei requisiti di vita e spazio del sistema. Ci sono veri compromessi in queste aree. Il design del vettore influisce sulla precisione, nonché le capacità di carico laterale e rotante, quindi presta molta attenzione a come il vettore è fissato nel canale e alla forma e alle dimensioni di qualsiasi meccanismi di orientamento.

Meccanismi e parti migliorate come le gambe di supporto e i disegni delle gambe, che possono essere curvi per una migliore presa, miglioreranno l'accuratezza e l'usura. E il profilo esterno appropriato, le scelte materiali e la strategia di sigillatura sono fattori chiave per la resistenza ambientale. Profili più fluidi, materiali in acciaio inossidabile e valutazioni IP più elevate tendono ad offrire la massima protezione.