Quando si tratta di attuatori lineari, i dispositivi elettromeccanici stanno diventando la scelta preferita rispetto ai loro cugini pneumatici grazie alla loro velocità, precisione e dimensioni.

Negli ultimi anni, sono diventate più forti le richieste da parte dei dirigenti delle fabbriche e delle aziende di utilizzare più attuatori elettrici ad asta e meno attuatori pneumatici nelle apparecchiature di automazione industriale. Diversi fattori stanno guidando questa conversione, ma i più significativi includono la crescente necessità di:

• Migliora le prestazioni della macchina con attuatori elettromeccanici capaci di maggiore precisione.
• Riduci le dimensioni delle apparecchiature con attuatori elettromeccanici che richiedono solo circa un quarto dello spazio per fornire la stessa spinta degli attuatori pneumatici.
• Utilizza l'energia in modo più efficiente, perché gli attuatori elettromeccanici non necessitano di compressori d'aria in funzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per mantenere la pressione.
• Riduci la manutenzione e il costo totale di proprietà, poiché gli attuatori elettromeccanici utilizzano meno componenti, non richiedono compressori e non sono soggetti a perdite d'aria.

Una volta presa la decisione di sostituire gli attuatori pneumatici con quelli elettromeccanici, il passo successivo è selezionare gli attuatori elettromeccanici giusti tra le numerose marche. Sebbene le specifiche fondamentali della spinta 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 ricircolo di sfere, maggiore è il potenziale di spinta. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo è necessario un corretto accoppiamento del cuscinetto reggispinta e di tutti i punti di fissaggio, compreso il tubo di prolunga, il dado a sfera interno, l'alloggiamento del cuscinetto e l'alloggiamento del raschiatore. Altrimenti, qualsiasi aumento della spinta andrebbe a scapito della vita del sistema. Un componente troppo debole per sopportare il suo carico si consumerà molto più velocemente o addirittura si danneggerà.

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

Inoltre, a causa dei diametri maggiori delle viti a sfere che sono correlati al costo e all'ingombro, il corretto accoppiamento della vite a sfere e degli altri componenti riduce entrambi. Per soddisfare un requisito applicativo di 3.200 N di forza, un fornitore potrebbe utilizzare una vite a ricircolo di sfere con diametro di 20 mm, mentre un altro fornitore, con componenti adeguatamente accoppiati, potrebbe ottenere la stessa spinta con una vite di diametro 12 mm. Pertanto, quest'ultima vite a ricircolo di sfere può essere ridimensionata senza sacrificare le prestazioni.

Il corretto accoppiamento delle viti a ricircolo di sfere con altri componenti influisce in modo significativo sulla durata dell'attuatore e, se combinati con il design del supporto, i due fattori hanno il maggiore impatto sulla precisione e sulla capacità di carico. Un altro obiettivo della progettazione dell'attuatore è ridurre il gioco radiale e laterale. I fattori che incidono su questo sono il diametro del corpo portante, la superficie di contatto e l'uso delle gambe di supporto. Un corpo portante più grande, ad esempio, supporta carichi radiali esterni maggiori massimizzando l'area di contatto superficiale in situazioni di carico laterale. La possibilità di caricare lateralmente gli attuatori elettrici aumenta le prestazioni, la precisione e la compattezza a un livello non raggiungibile con gli attuatori pneumatici o idraulici.

Sebbene la massimizzazione delle aree superficiali migliori la capacità di carico radiale e laterale, non aiuta necessariamente la stabilità. Questo problema viene spesso risolto bloccando le gambe rialzate nei 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 progetti utilizza una o due creste di questo tipo, rimuovendo così un po' di gioco, ma può generare suoni di clic quando il sistema inizia a usurarsi nel tempo. L'utilizzo di quattro gambe invece di due, tuttavia, riduce l'usura e il rumore, fornendo una protezione antirotazione più efficace e duratura. Inoltre, le gambe aggiuntive garantiscono un movimento di ritorno senza aderenza, riducendo ulteriormente il gioco dovuto all'usura.

Inoltre, curvando queste gambe del supporto verso l'esterno si crea un precarico radiale, che riduce il gioco nel tubo di spinta. Inoltre, centra il corpo del supporto e il dado a sfera, eliminando la necessità di spessorare il supporto rispetto all'estrusione e compensando l'usura durante la vita del dispositivo. Mantenere tutto in allineamento riduce il numero di volte in cui l'attuatore deve essere calibrato per una coppia al minimo costante.

Tolleranze strette sono fondamentali per ridurre l'usura e la riduzione del rumore. Ma se non c'è alcun traferro, la pressione aumenta quando gli attuatori funzionano ad alta velocità. Ciò provoca il surriscaldamento, contribuendo a problemi di lubrificazione e altri problemi di durata. Per risolvere questo problema, rendere due degli elementi chiave maschili sulle gambe del supporto più bassi rispetto ai restanti due: questo è l'approccio adottato da Thomson con molti dei suoi attuatori. Ciò fornisce uno spazio appena sufficiente per evitare che la pressione si accumuli. Come si vede nell'immagine sopra, due degli elementi chiave maschili situati ortogonalmente sulle gambe del supporto sono più bassi dei restanti due.

Manutenibilità

La facilità di manutenzione influisce sulle prestazioni del ciclo di vita e contribuisce a vantaggi in termini di produttività. Gli attuatori elettromeccanici si differenziano per la lubrificazione e la 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 tappi, individuano le parti che necessitano di lubrificazione, aggiungono grasso e potrebbe essere necessario ripetere questo processo.

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

La manutenzione può anche essere accelerata eliminando il tempo necessario per accoppiare il motore con l'attuatore meccanico. Tradizionalmente il montaggio del motore in una configurazione parallela richiede dai 20 ai 25 minuti. Una volta montato il motore, un tecnico deve utilizzare una varietà di strumenti per regolarlo per garantire la corretta tensione e l'allineamento della cinghia. Ciò richiede almeno 12 passaggi.

Tuttavia, se l'attuatore viene fornito con una soluzione parallela preassemblata, la cinghia può essere pretensionata durante l'assemblaggio, eliminando la necessità di regolazioni della tensione in più fasi: il motore può essere fissato e utilizzato in soli tre passaggi. Per il montaggio in linea, i vantaggi di una soluzione preassemblata sono simili, anche se non così drammatici.

Inoltre, l'utilizzo di cuscinetti a cavalcioni elimina il rischio di disallineamento. Protegge inoltre l'albero motore dai carichi radiali, riducendo il rumore e prolungando ulteriormente la durata dell'attuatore.

Resistenza ambientale

Gli attuatori elettromeccanici si differenziano per la loro capacità di resistere a condizioni difficili, all'ambiente e a frequenti lavaggi ad alta pressione. Ciò dipende dal profilo esterno, dalla scelta del materiale e dai metodi di sigillatura.

I profili con superficie liscia sono più puliti di quelli con superficie scanalata perché non accumulano polvere e liquidi. Pertanto, sono più adatti agli ambienti difficili quando sono necessari lavaggi frequenti. Tuttavia, potrebbe esserci uno svantaggio nell'avere un esterno elegante. Se utilizzato in applicazioni che richiedono collegamenti del sensore, potrebbe essere necessario un componente aggiuntivo in plastica aggiuntivo per collegare il sensore.

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

Un indicatore chiave della resistenza all'ambiente è il codice IP (Ingress Protection). Un grado IP di 65, ad esempio, significa che il dispositivo è resistente alla polvere e protetto contro getti d'acqua a bassa pressione provenienti da qualsiasi direzione, come potrebbe verificarsi in un'operazione di lavaggio dell'industria alimentare e delle bevande. Solo pochi attuatori elettrici soddisfano questo valore, ma in ambienti corrosivi è fondamentale. Un grado IP di 54 fornisce una certa protezione contro gli spruzzi d'acqua e una protezione inferiore al 100% contro la polvere, rendendolo accettabile per alcune applicazioni di lavaggio, ma non se è coinvolta la pressione. Un grado IP pari a 40, comune tra gli attuatori lineari, implica che non vi sia protezione da polvere o liquidi.

I gradi IP più elevati dipendono principalmente dall'utilizzo di guarnizioni migliori. Thomson, ad esempio, sigilla ogni compartimento, compresi i supporti del motore, sui suoi attuatori elettromeccanici. Tutte le guarnizioni devono inoltre essere sigillate ed estendersi fino al motore anziché fermarsi alla piastra di montaggio.

La prossima generazione di controllo del movimento

Poiché le richieste del mercato richiedono maggiore produttività, tempi di cambio formato più brevi, maggiore affidabilità, maggiore risparmio energetico e minori costi operativi e di manutenzione, sempre più progettisti e utenti finali stanno passando agli attuatori elettromeccanici rispetto a quelli pneumatici. Per i macchinari che richiedono un sofisticato controllo del movimento, gli attuatori elettromeccanici sono praticamente l'unica alternativa. Ma anche per compiti di movimento lineare semplici, i progettisti e gli utenti del controllo del movimento propendono per l'attuazione elettrica a causa della minore e/o più semplice manutenzione, del maggiore risparmio energetico e del funzionamento più pulito.

Sono possibili vantaggi ancora maggiori confrontando attentamente diverse marche di attuatori elettrici. Interpretare sempre la "capacità di carico" nel contesto della durata dichiarata del sistema e dei requisiti di spazio. Ci sono veri e propri compromessi in queste aree. Il design del trasportatore influisce sulla precisione e sulle capacità di carico laterale e rotatorio, quindi prestare molta attenzione a come il trasportatore è fissato nel canale e alla forma e alle dimensioni di eventuali meccanismi di guida.

Meccanismi e parti migliorati come le gambe di supporto e il design delle gambe, che possono essere curvati per una migliore presa, miglioreranno la precisione e l'usura. E il profilo esterno appropriato, la scelta dei materiali e la strategia di sigillatura sono fattori chiave per la resistenza ambientale. Profili più lisci, materiali in acciaio inossidabile e gradi IP più elevati tendono a offrire la massima protezione.