Линейный привод перемещает груз, который может представлять собой сборку, компоненты или готовое изделие, по прямой линии. Он преобразует энергию в движение или силу и может работать от сжатого воздуха, жидкости или электричества. Ниже представлен обзор распространённых линейных приводов, их преимуществ и недостатков.

Как они работают?

• Пневматические линейные приводы состоят из поршня внутри полого цилиндра. Давление от внешнего компрессора или ручного насоса перемещает поршень внутри цилиндра. При увеличении давления цилиндр перемещается вдоль оси поршня, создавая линейное усилие. Поршень возвращается в исходное положение либо под действием пружины, либо под действием жидкости, подаваемой с другой стороны поршня.

• Гидравлические линейные приводы работают аналогично пневматическим приводам, но цилиндр перемещается несжимаемой жидкостью из насоса, а не сжатым воздухом.

• Электрический линейный привод преобразует электрическую энергию в крутящий момент. Электродвигатель, механически подключённый к приводу, вращает ходовой винт. Резьбовая гайка или шариковая гайка с резьбой, соответствующей резьбе винта, предотвращает вращение винта. При вращении винта гайка перемещается по резьбе. Направление движения гайки зависит от направления вращения винта и также возвращает привод в исходное положение.

【Пневматические приводы】

Преимущества

• Преимущества пневматических приводов заключаются в их простоте. Большинство пневматических приводов из алюминия имеют максимальное номинальное давление 150 фунтов на кв. дюйм (psi) при диаметре отверстия от 1,5 до 20 см (8 дюймов), что соответствует усилию примерно от 30 до 7500 фунтов на кв. дюйм (30–7500 фунтов на кв. дюйм). Стальные приводы имеют максимальное номинальное давление 250 фунтов на кв. дюйм (psi) при диаметре отверстия от 1,5 до 35 см (14 дюймов), и создают усилие от 50 до 38 465 фунтов на кв. дюйм (50–38 465 фунтов на кв. дюйм).

• Пневматические приводы создают точное линейное движение, обеспечивая точность, например, в пределах 0,1 дюйма и повторяемость в пределах 0,001 дюйма.

• Типичные области применения пневматических приводов – зоны с экстремальными температурами. Типичный диапазон температур составляет от -40°F до 250°F. С точки зрения безопасности и контроля, пневматические приводы используют воздух, что позволяет избежать использования опасных материалов. Они соответствуют требованиям взрывозащиты и безопасности машин, поскольку не создают магнитных помех благодаря отсутствию двигателей.

• В последние годы пневматика достигла значительных успехов в области миниатюризации, усовершенствования материалов и интеграции с электроникой и системами мониторинга состояния. Стоимость пневматических приводов ниже по сравнению с другими приводами. Например, по данным Bimba Manufacturing, средняя стоимость пневматического привода составляет от 50 до 150 долларов. Пневматические приводы также лёгкие, требуют минимального обслуживания и оснащены прочными компонентами, что делает пневматику экономичным методом линейного перемещения.

Недостатки

• Потери давления и сжимаемость воздуха делают пневматику менее эффективной, чем другие методы линейного перемещения. Ограничения компрессора и подачи воздуха означают, что работа при более низком давлении потребует меньших усилий и более низких скоростей. Компрессор должен постоянно поддерживать рабочее давление, даже если ничего не движется.

• Для обеспечения максимальной эффективности пневматические приводы должны быть рассчитаны на конкретную задачу. Поэтому их нельзя использовать для других целей. Для точного управления и эффективности требуются пропорциональные регуляторы и клапаны, но это повышает стоимость и сложность конструкции.

• Несмотря на то, что воздух легкодоступен, он может быть загрязнён маслом или смазкой, что приводит к простоям и необходимости технического обслуживания. Компаниям по-прежнему приходится платить за сжатый воздух, что делает его расходным материалом, а компрессор и трубопроводы — ещё одной проблемой технического обслуживания.

【Гидравлические приводы】

Преимущества

• Гидравлические приводы прочны и подходят для приложений, требующих больших усилий. Они способны создавать усилие в 25 раз большее, чем пневматические цилиндры аналогичного размера. Они также работают при давлении до 4000 фунтов на квадратный дюйм.

• Гидравлические двигатели имеют высокое соотношение мощности к массе — на 1–2 л.с./фунт больше, чем пневматический двигатель.

• Гидравлический привод может поддерживать постоянную силу и крутящий момент без необходимости подачи насосом дополнительной жидкости или давления из-за несжимаемости жидкостей.

• Насосы и двигатели гидравлических приводов могут располагаться на значительном расстоянии с минимальной потерей мощности.

Недостатки

• В гидравлических системах возможны утечки жидкости. Как и в пневматических приводах, утечка жидкости приводит к снижению эффективности. Однако утечки гидравлической жидкости приводят к проблемам с чистотой и потенциальному повреждению соседних компонентов и поверхностей.

• Гидравлические приводы требуют множества сопутствующих компонентов, включая резервуар для жидкости, двигатели, насосы, предохранительные клапаны и теплообменники, а также шумоподавляющее оборудование. Это приводит к тому, что системы линейного перемещения оказываются громоздкими и их сложно разместить.

【Электрические приводы】

Преимущества

• Электроприводы обеспечивают высочайшую точность позиционирования. Диапазон точности составляет ±0,000315 дюйма, а повторяемость — менее 0,0000394 дюйма. Их настройки масштабируются для любых целей и требуемых усилий, работают бесшумно, плавно и с высокой повторяемостью.

• Электроприводы можно быстро подключить к сети и перепрограммировать. Они обеспечивают мгновенную обратную связь для диагностики и обслуживания.

• Они обеспечивают полный контроль профилей движения и могут включать энкодеры для управления скоростью, положением, крутящим моментом и приложенной силой.

• По уровню шума они тише пневматических и гидравлических приводов.

• Поскольку нет утечек жидкостей, исключается опасность для окружающей среды.

Недостатки

• Первоначальная стоимость электропривода выше, чем у пневматических и гидравлических. Согласно примеру Bimba Manufacturing, стоимость электропривода может варьироваться от 150 до более чем 2000 долларов в зависимости от конструкции и электроники.

• Электрические приводы не подходят для всех сред, в отличие от пневматических приводов, которые безопасны во взрывоопасных и пожароопасных зонах.

• Непрерывно работающий двигатель перегревается, что приводит к повышенному износу редуктора. Кроме того, двигатель может быть слишком громоздким и создавать проблемы при монтаже.

• Выбранный двигатель фиксирует ограничения усилия, тяги и скорости привода на фиксированных значениях. Если требуются другие значения усилия, тяги и скорости, необходимо заменить двигатель.