Линейный актуатор перемещает груз, которым может быть узел, компонент или готовое изделие, по прямой линии. Он преобразует энергию в движение или силу и может приводиться в действие сжатым воздухом или воздухом, а также электричеством. Ниже приведено описание распространенных линейных актуаторов, их преимуществ и недостатков.

Как они работают?

• Пневматические линейные актуаторы состоят из поршня внутри полого цилиндра. Давление от внешнего компрессора или ручного насоса перемещает поршень внутри цилиндра. По мере увеличения давления цилиндр перемещается вдоль оси поршня, создавая линейную силу. Поршень возвращается в исходное положение либо за счет упругого возврата, либо за счет подачи жидкости с другой стороны поршня.

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

• Электрический линейный актуатор преобразует электрическую энергию в крутящий момент. Электродвигатель, механически соединенный с ним, вращает ходовой винт. Резьбовая ходовая гайка или шариковая гайка с соответствующей резьбой, совпадающей с резьбой винта, предотвращается от вращения вместе с винтом. При вращении винта гайка перемещается вдоль резьбы. Направление движения гайки зависит от направления вращения винта, а также возвращает актуатор в исходное положение.

【Пневматические приводы】

Преимущества

• Преимущества пневматических приводов заключаются в их простоте. Большинство пневматических алюминиевых приводов имеют максимальное номинальное давление 150 фунтов на квадратный дюйм и диаметр поршня от ½ до 8 дюймов, что соответствует усилию примерно от 30 до 7500 фунтов. Стальные приводы имеют максимальное номинальное давление 250 фунтов на квадратный дюйм и диаметр поршня от ½ до 14 дюймов, и они создают усилие от 50 до 38 465 фунтов.

• Пневматические приводы обеспечивают точное линейное перемещение, гарантируя, например, точность 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, использование воздуха позволяет избежать применения опасных материалов. Они соответствуют требованиям взрывозащиты и безопасности машин, поскольку не создают магнитных помех из-за отсутствия двигателей.

• В последние годы в области пневматики достигнуты значительные успехи в миниатюризации, выборе материалов, интеграции с электроникой и системами мониторинга состояния. Стоимость пневматических приводов низка по сравнению с другими типами приводов. Например, по данным компании Bimba Manufacturing, средняя стоимость пневматического привода составляет от 50 до 150 долларов. Пневматические приводы также отличаются малым весом, требуют минимального технического обслуживания и имеют долговечные компоненты, что делает пневматику экономически эффективным 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 при более низком давлении будут действовать меньшие усилия и меньшие скорости. Компрессор должен работать под постоянным рабочим давлением, даже если ничего не движется.

• Для достижения истинной эффективности пневматические приводы должны быть рассчитаны на конкретную задачу. Следовательно, их нельзя использовать для других применений. Точное управление и эффективность требуют пропорциональных регуляторов и клапанов, но это увеличивает стоимость и сложность.

• Несмотря на доступность воздуха, он может быть загрязнен маслом или смазочными материалами, что приводит к простоям и необходимости технического обслуживания. Компаниям все равно приходится платить за сжатый воздух, что делает его расходным материалом, а компрессор и трубопроводы представляют собой еще одну проблему, требующую технического обслуживания.

【Гидравлические приводы】

Преимущества

• Гидравлические приводы отличаются прочностью и подходят для работы с высокими нагрузками. Они способны создавать усилие в 25 раз большее, чем пневматические цилиндры аналогичного размера. Кроме того, они работают при давлении до 4000 фунтов на квадратный дюйм.

• Гидравлические двигатели обладают высоким соотношением мощности к весу, на 1–2 л.с./фунт больше, чем пневматические двигатели.

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

• Насосы и двигатели гидравлических приводов могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга с минимальными потерями мощности.

Недостатки

• Гидравлические системы склонны к утечкам жидкости. Как и в случае с пневматическими приводами, потеря жидкости приводит к снижению эффективности. Однако утечки гидравлической жидкости создают проблемы с чистотой и могут привести к повреждению окружающих компонентов и участков.

• Гидравлические приводы требуют множества сопутствующих компонентов, включая резервуар для жидкости, двигатели, насосы, выпускные клапаны и теплообменники, а также оборудование для снижения уровня шума. Это приводит к созданию крупногабаритных и сложных в размещении систем линейного перемещения.

【Электрические приводы】

Преимущества

• Электрические приводы обеспечивают высочайшую точность позиционирования. Например, диапазон точности составляет +/- 0,000315 дюйма, а повторяемость — менее 0,0000394 дюйма. Их конструкция масштабируема для любых целей и требований к усилию, они работают бесшумно, плавно и обеспечивают воспроизводимость результатов.

• Электрические приводы можно быстро объединять в сеть и перепрограммировать. Они обеспечивают мгновенную обратную связь для диагностики и технического обслуживания.

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

• По уровню шума они тише, чем пневматические и гидравлические приводы.

• Поскольку утечки жидкостей отсутствуют, экологические риски исключаются.

Недостатки

• Начальная стоимость электрического привода выше, чем у пневматических и гидравлических приводов. Согласно примеру компании Bimba Manufacturing, стоимость электрического привода может варьироваться от 150 до более чем 2000 долларов в зависимости от его конструкции и электроники.

• Электрические приводы не подходят для всех условий эксплуатации, в отличие от пневматических приводов, которые безопасны в опасных и легковоспламеняющихся зонах.

• Двигатель, работающий непрерывно, перегревается, что приводит к увеличению износа редуктора. Кроме того, двигатель может быть большим и создавать проблемы при установке.

• Выбранный двигатель фиксирует пределы силы, тяги и скорости привода на заданном значении. Если требуются другие значения силы, тяги и скорости, необходимо заменить двигатель.