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

В последние годы руководители предприятий и компаний стали чаще требовать от них использовать больше электроприводов штокового типа и меньше пневматических приводов в системах автоматизации производства. Этот переход обусловлен несколькими факторами, но наиболее значимыми из них являются растущие потребности в:

• Повысьте производительность машины с помощью электромеханических приводов, обеспечивающих более высокую точность.
• Уменьшите размер оборудования с помощью электромеханических приводов, которым требуется всего лишь примерно вчетверо меньше места 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.
• Сокращение затрат на техническое обслуживание и общей стоимости владения, поскольку электромеханические приводы используют меньше компонентов, не требуют компрессоров и не подвержены утечкам воздуха.

После принятия решения о замене пневматических приводов электромеханическими следующим шагом является выбор подходящего электромеханического привода среди множества марок. Хотя основные характеристики тяги могут быть схожими, существуют существенные различия в сроке службы, ремонтопригодности и устойчивости к внешним воздействиям.

Как правило, чем больше диаметр шарико-винтовой передачи, тем выше её осевой потенциал. Однако для этого требуется правильное сопряжение упорного подшипника и всех точек крепления, включая удлинительную трубку, внутреннюю шариковую гайку, корпус подшипника и корпус грязесъемника. В противном случае любое увеличение осевого усилия приведёт к сокращению срока службы системы. Слишком слабый компонент, не выдерживающий нагрузки, износится гораздо быстрее или даже выйдет из строя.

Например, у вас может быть два привода, каждый из которых оснащён 16-миллиметровым шарико-винтовым механизмом и обеспечивает тягу 750 Н. Один из них может иметь ресурс хода 2000 км, а другой — 8000 км. Разница заключается в том, насколько хорошо шарико-винтовая передача и другие компоненты сопрягаются друг с другом.

Более того, благодаря большему диаметру шарико-винтовой передачи, коррелирующему со стоимостью и занимаемой площадью, правильное сопряжение шарико-винтовой передачи с другими компонентами снижает и то, и другое. Для достижения требуемого усилия в 3200 Н один поставщик может использовать шарико-винтовую передачу диаметром 20 мм, в то время как другой поставщик, используя правильно подобранные компоненты, может достичь того же осевого усилия с помощью винта диаметром 12 мм. Таким образом, последний шарико-винтовой механизм можно уменьшить без ущерба для производительности.

Правильное сопряжение шарико-винтовых передач с другими компонентами существенно влияет на срок службы привода, а в сочетании с конструкцией каретки эти два фактора оказывают наибольшее влияние на точность и грузоподъёмность. Другая цель конструкции привода — уменьшить радиальный и боковой люфт. На это влияют диаметр корпуса каретки, площадь контактной поверхности и использование опорных стоек. Например, корпус каретки большего размера выдерживает большие внешние радиальные нагрузки за счёт увеличения площади контакта при боковой нагрузке. Возможность боковой нагрузки электрических приводов повышает производительность, точность и компактность до уровня, недостижимого для пневматических или гидравлических приводов.

Хотя увеличение площади поверхности повышает радиальную и боковую грузоподъёмность, это не обязательно повышает устойчивость. Часто эту проблему решают путём фиксации приподнятых ножек в пазовых канавках (три на изображении выше). Эти опоры снижают вибрации, которые могут создавать шум и способствовать износу. В большинстве конструкций используется один или два таких выступа, что позволяет устранить люфт, но это может привести к появлению щелчков по мере износа системы. Однако использование четырёх ножек вместо двух снижает износ и уровень шума, обеспечивая более эффективную и надёжную защиту от проворачивания. Кроме того, дополнительные опоры обеспечивают возвратное движение без зацепления, что ещё больше уменьшает люфт, вызванный износом.

Кроме того, изгиб этих ножек держателя наружу создаёт радиальный предварительный натяг, что уменьшает люфт в упорной трубке. Это также центрирует корпус держателя и шариковую гайку, устраняя необходимость установки прокладок между держателем и профилем и компенсируя износ в течение срока службы устройства. Поддержание всех компонентов в соосном положении сокращает количество калибровок привода для обеспечения стабильного крутящего момента на холостом ходу.

Жёсткие допуски критически важны для снижения износа и шума. Однако при полном отсутствии воздушного зазора при работе приводов на высоких скоростях нарастает давление. Это приводит к перегреву, усугубляя проблемы со смазкой и другие проблемы, связанные с долговечностью. Чтобы решить эту проблему, расположите два штыревых ключа на опорах ниже двух остальных — именно такой подход использует компания Thomson во многих своих приводах. Это обеспечивает достаточный зазор, чтобы предотвратить нарастание давления. Как видно на изображении выше, два штыревых ключа, расположенных перпендикулярно опорам, ниже двух оставшихся.

Ремонтопригодность

Простота обслуживания влияет на продолжительность жизненного цикла и способствует повышению производительности. Электромеханические приводы различаются по системе смазки и управлению двигателем. Большинство приводов отводятся назад, открывая части на 60–70% для смазки. Технический специалист снимает крышки, находит детали, требующие смазки, добавляет смазку и может потребоваться повторить этот процесс.

Однако более целесообразный подход — полностью выдвинуть или убрать трубку, открывая все компоненты для максимального обзора. Это позволяет компаниям использовать автоматизированную систему смазки. Кроме того, использование смазочного ниппеля исключает необходимость снимать крышку, что ещё больше упрощает обслуживание.

Техническое обслуживание также можно ускорить, исключив время, необходимое для соединения двигателя с механическим приводом. Традиционно монтаж двигателя в параллельной конфигурации занимает 20–25 минут. После установки двигателя специалист должен отрегулировать его с помощью различных инструментов, чтобы обеспечить правильное натяжение и выравнивание ремня. Это требует не менее 12 шагов.

Однако, если привод поставляется с предварительно собранным параллельным решением, ремень можно предварительно натянуть во время сборки, что устраняет необходимость в многоступенчатой регулировке натяжения — двигатель можно прикрепить болтами и использовать всего за три шага. При последовательном монтаже преимущества предварительно собранного решения аналогичны, хотя и не столь существенны.

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

Сопротивление окружающей среды

Электромеханические приводы различаются по способности выдерживать суровые условия окружающей среды, а также частые мойки под высоким давлением. Это зависит от внешнего профиля, выбора материала и методов герметизации.

Профили с гладкими поверхностями чище, чем рифленые, поскольку они не скапливают пыль и жидкости. Поэтому они больше подходят для эксплуатации в суровых условиях, когда требуется частая мойка. Однако у гладкой поверхности есть и недостатки. При использовании в приложениях, требующих крепления датчика, может потребоваться дополнительное пластиковое крепление для крепления датчика.

Стойкость 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 стойкости к воздействию окружающей среды является степень защиты от проникновения (Ingress Protection Code, IP). Например, степень защиты IP 65 означает, что устройство пыленепроницаемо и защищено от струй воды низкого давления с любого направления, которые могут возникнуть при мойке в пищевой промышленности. Лишь немногие электроприводы соответствуют этому классу, но в коррозионных средах он критически важен. Степень защиты IP 54 обеспечивает некоторую защиту от брызг воды и менее 100% защиту от пыли, что делает его приемлемым для некоторых случаев мойки, но не при наличии давления. Степень защиты IP 40, распространённая для линейных приводов, подразумевает отсутствие защиты от пыли и жидкостей.

Более высокие показатели IP-защиты в основном зависят от использования более качественных уплотнений. Например, компания Thomson герметизирует каждый отсек своих электромеханических приводов, включая места крепления двигателя. Все прокладки также должны быть герметичными и доходить до самого двигателя, а не заканчиваться на монтажной пластине.

Следующее поколение управления движением

По мере роста требований рынка к повышению производительности, сокращению времени переналадки, повышению надежности, большей экономии энергии и снижению затрат на обслуживание и эксплуатацию всё больше разработчиков и конечных пользователей переходят на электромеханические, а не пневматические приводы. Для оборудования, требующего сложного управления движением, электромеханические приводы являются практически единственной альтернативой. Но даже для простых задач линейного перемещения разработчики и пользователи систем управления движением склоняются к электрическим приводам из-за их меньшей и/или более простой эксплуатации, повышенной экономии энергии и более экологичной эксплуатации.

Ещё больших преимуществ можно добиться, тщательно сравнивая электроприводы разных марок. Всегда интерпретируйте «грузоподъёмность» в контексте заявленного срока службы системы и требований к пространству. В этих областях существуют реальные компромиссы. Конструкция каретки влияет на точность, а также на боковую и вращательную грузоподъёмность, поэтому обратите особое внимание на то, как каретка закреплена в канале, а также на форму и размер направляющих механизмов.

Усовершенствованные механизмы и детали, такие как опорные ножки и конструкция ножек, которые можно изгибать для лучшего захвата, повышают точность и износостойкость. Правильный внешний профиль, выбор материалов и герметизация являются ключевыми факторами устойчивости к воздействию окружающей среды. Более гладкие профили, материалы из нержавеющей стали и более высокие классы защиты IP, как правило, обеспечивают максимальную защиту.