Когда речь заходит о линейных приводах, электромеханические устройства становятся предпочтительным вариантом по сравнению со своими пневматическими собратьями из-за их скорости, точности и размера.

За последние годы требования от руководителей заводов и компаний использовать больше электрических стержневых приводов и меньше пневматических приводов в оборудовании для автоматизации производства стали громче. Несколько факторов обуславливают это преобразование, но наиболее значимыми являются растущие потребности в:

• Улучшите производительность машины с помощью электромеханических приводов, обеспечивающих более высокую точность.
• Уменьшите размер оборудования с помощью электромеханических приводов, которым требуется всего лишь около четверти пространства для создания того же тягового усилия, что и пневматическим приводам.
• Используйте энергию более эффективно, поскольку электромеханическим приводам не нужны воздушные компрессоры, работающие круглосуточно и поддерживающие давление.
• Снижается потребность в техническом обслуживании и общая стоимость владения, поскольку электромеханические приводы используют меньше компонентов, не требуют компрессоров и не подвержены утечкам воздуха.

После того, как принято решение заменить пневматические приводы на электромеханические, следующим шагом будет выбор правильных электромеханических приводов среди множества марок. Хотя основные характеристики тяги могут быть схожими, существуют значительные различия в областях производительности жизненного цикла, ремонтопригодности и устойчивости к воздействию окружающей среды.

В общем, чем больше диаметр шарикового винта, тем больше потенциал тяги. Однако для этого требуется правильное сопряжение упорного подшипника и всех точек фиксации, включая удлинительную трубку, внутреннюю шариковую гайку, корпус подшипника и корпус грязесъемника. В противном случае любое увеличение тяги будет происходить за счет срока службы системы. Слишком слабый для своей нагрузки компонент будет изнашиваться гораздо быстрее или даже выйдет из строя.

У вас может быть два привода, каждый из которых оснащен 16-миллиметровым шариковым винтом и обеспечивает тягу 750 Н, и один, например, может иметь срок службы 2000 км, а другой — 8000 км. Разница заключается в том, насколько хорошо шариковый винт и другие компоненты сопряжены друг с другом.

Более того, из-за большего диаметра шарико-винтовой передачи, коррелирующего со стоимостью и площадью основания, правильное сопряжение шарико-винтовой передачи и других компонентов снижает и то, и другое. Чтобы удовлетворить требованиям приложения в 3200 Н силы, один поставщик может использовать шарико-винтовую передачу диаметром 20 мм, в то время как другой поставщик, имеющий правильно сопряженные компоненты, может достичь той же тяги с винтом диаметром 12 мм. Таким образом, последний шарико-винтовой передачи можно уменьшить без ущерба для производительности.

Правильное сопряжение шариковых винтов с другими компонентами существенно влияет на срок службы привода, а в сочетании с конструкцией носителя эти два фактора оказывают наибольшее влияние на точность и грузоподъемность. Другая цель конструкции привода — уменьшить радиальный и боковой свободный ход. Факторами, влияющими на это, являются диаметр корпуса носителя, площадь контактной поверхности и использование опорных ножек. Например, более крупный корпус носителя выдерживает большие внешние радиальные нагрузки за счет максимизации площади контакта поверхности в ситуациях боковой нагрузки. Возможность боковой нагрузки электрических приводов повышает производительность, точность и компактность до уровня, недостижимого с пневматическими или гидравлическими приводами.

Хотя максимизация площади поверхности улучшает радиальную и боковую грузоподъемность, это не обязательно помогает стабильности. Часто это решается путем фиксации приподнятых ножек в канавках (три на изображении выше). Эти опорные ножки уменьшают вибрации, которые могут добавлять шум и способствовать износу. В большинстве конструкций используется один или два таких выступа, что устраняет некоторый люфт, но это может создавать щелчки, поскольку система начинает изнашиваться с течением времени. Однако использование четырех ножек вместо двух сокращает износ и шум, обеспечивая более эффективную и долговечную защиту от вращения. Кроме того, дополнительные ножки обеспечивают возвратное движение без зацепления, что еще больше снижает люфт из-за износа.

Кроме того, изгиб этих несущих ножек наружу создает радиальную предварительную нагрузку, что уменьшает люфт в упорной трубке. Это также центрирует корпус несущего элемента и шариковую гайку, устраняя необходимость в подкладке несущего элемента к экструзии и компенсируя износ в течение срока службы устройства. Поддержание всего в выровненном состоянии сокращает количество раз, когда привод должен быть откалиброван для постоянного крутящего момента холостого хода.

Жесткие допуски имеют решающее значение для снижения износа и снижения шума. Но если воздушного зазора нет вообще, давление нарастает, когда приводы работают на высоких скоростях. Это вызывает перегрев, что приводит к проблемам со смазкой и другим проблемам с долговечностью. Чтобы решить эту проблему, сделайте два из основных ключевых элементов на опорных ножках ниже, чем два оставшихся — именно такой подход использует Thomson во многих своих приводах. Это обеспечивает достаточный зазор, чтобы предотвратить нарастание давления. Как видно на изображении выше, два из основных ключевых элементов, ортогонально расположенных на опорных ножках, ниже, чем два оставшихся.

Ремонтопригодность

Простота обслуживания влияет на производительность жизненного цикла и способствует повышению производительности. Электромеханические приводы различаются по смазке и управлению двигателем. Большинство приводов отводятся назад, чтобы частично открыть детали на 60–70 % для смазки. Технические специалисты снимают крышки, находят детали, которые требуют смазки, добавляют смазку и, возможно, придется повторить этот процесс.

Однако лучшим подходом является полное выдвижение или втягивание трубки, что позволяет максимально раскрыть все компоненты. Это позволяет компаниям использовать автоматизированную смазку. Кроме того, использование смазочного ниппеля исключает необходимость снимать колпачок, что еще больше упрощает обслуживание.

Техническое обслуживание также можно ускорить, если исключить время, необходимое для сопряжения двигателя с механическим приводом. Традиционно монтаж двигателя в параллельной конфигурации занимает от 20 до 25 минут. После монтажа двигателя техник должен использовать различные инструменты, чтобы отрегулировать его для надлежащего натяжения ремня и выравнивания. Для этого требуется не менее 12 шагов.

Однако если привод поставляется с предварительно собранным параллельным решением, ремень можно предварительно натянуть во время сборки, что устраняет необходимость в многошаговой регулировке натяжения — двигатель можно прикрутить и использовать всего за три шага. Для линейного монтажа преимущества предварительно собранного решения аналогичны, хотя и не столь существенны.

Кроме того, использование разнесенных подшипников исключает риск несоосности. Также они защищают вал двигателя от радиальных нагрузок, что снижает шум и дополнительно продлевает срок службы привода.

Сопротивление окружающей среде

Электромеханические приводы различаются по своей способности выдерживать суровые условия, окружающую среду и частые промывки под высоким давлением. Это зависит от внешнего профиля, выбора материала и методов герметизации.

Профили с гладкими поверхностями чище, чем рифленые поверхности, поскольку они не накапливают пыль и жидкости. Таким образом, они больше подходят для суровых условий, когда требуется частая мойка. Однако у гладкой внешней поверхности может быть и обратная сторона. При использовании в приложениях, требующих крепления датчика, может потребоваться дополнительная пластиковая надстройка для крепления датчика.

Устойчивость к воздействию окружающей среды также зависит от состава материала удлинительной трубки. В большинстве систем используется хромированная сталь, но нержавеющая сталь — гораздо лучший выбор для суровых условий.

Ключевым показателем устойчивости к окружающей среде является код защиты от проникновения (IP). Например, рейтинг IP 65 означает, что устройство защищено от пыли и струй воды низкого давления с любого направления, которые могут возникнуть при мойке в пищевой и производственной промышленности. Только несколько электроприводов соответствуют этому рейтингу, но в коррозионных средах это имеет решающее значение. Рейтинг IP 54 обеспечивает некоторую защиту от брызг воды и менее 100% защиту от пыли, что делает его приемлемым для некоторых применений мойки, но не в случае давления. Рейтинг IP 40, который распространен среди линейных приводов, подразумевает отсутствие защиты от пыли или жидкости.

Более высокие рейтинги IP в основном зависят от использования более качественных уплотнений. Например, Thomson герметизирует каждый отсек, включая крепления двигателя, на своих электромеханических приводах. Все прокладки также должны быть герметизированы и простираться до самого двигателя, а не останавливаться на монтажной пластине.

Следующее поколение управления движением

По мере роста рыночных требований к более высокой производительности, сокращению времени переналадки, повышению надежности, большей экономии энергии и снижению расходов на техническое обслуживание и эксплуатацию все больше проектировщиков и конечных пользователей переходят на электромеханические, а не пневматические приводы. Для машин, требующих сложного управления движением, электромеханические приводы являются практически единственной альтернативой. Но даже для простых задач линейного движения проектировщики и пользователи управления движением склоняются к электрическому приводу из-за меньшего и/или более простого обслуживания, повышенной экономии энергии и более чистой работы.

Еще большие преимущества возможны при тщательном сравнении различных марок электроприводов. Всегда интерпретируйте «грузоподъемность» в контексте заявленного срока службы системы и требований к пространству. В этих областях существуют реальные компромиссы. Конструкция носителя влияет на точность, а также на боковые и вращательные грузоподъемности, поэтому уделяйте особое внимание тому, как носитель закреплен в канале, а также форме и размеру любых направляющих механизмов.

Улучшенные механизмы и детали, такие как опорные ножки и конструкции ножек, которые можно изогнуть для лучшего захвата, улучшат точность и износ. А соответствующий внешний профиль, выбор материала и стратегия герметизации являются ключевыми факторами для устойчивости к окружающей среде. Более гладкие профили, материалы из нержавеющей стали и более высокие рейтинги IP, как правило, обеспечивают наибольшую защиту.