传统上,实现高占空比运动的线性运动系统设计人员必须在液压,气动和机电系统中进行选择。每种技术都执行了这项工作,但相对于驱动/控制它们所需的支持基础设施,具有特定限制。这可以包括伺服驱动器/编码器,压缩机和液压动力单元以及配件和管道安装等内容的频繁维护或高前期成本。

现在,新一代长寿命电动直线执行器的出现,为设计人员提供了更大的灵活性,以实现高占空比/低精度的运动,而传统执行器的占空比等级/能力在以前是昂贵的或低于标准的。

执行器选择

执行器寿命是其占空比的函数,即执行器工作的时间百分比,计算公式如下:

占空比(%)=(执行器准时)/(按时+关闭时间)

(15秒)(15秒+ 45秒。)/ = 15/60 = 0.25:因此,如果致动器操作用于15秒,然后在1分钟的循环进行45秒休息,其占空比被计算为或25%。

制造商发出占空比指南,以帮助保持执行器长度,足以防止电机过热和损坏的执行器部件。液压和气动致动器的占空比趋于在40%至80%的范围内,或者甚至具有足够的功率。但该功能伴随着更高的操作成本。

在工厂车间,不需要高精度的高负载循环应用在每个角落都有机会。例如,使用长寿命电动执行器可以很容易地辅助转移输送机上的包裹或其他物品。(图片由汤姆森工业公司提供)

流体动力系统,如操作气动或液压执行器所需的那些复杂,可以是凌乱,劳动密集型,空间耗材,拥有/操作昂贵。

即使是最小的系统也需要由管/软管,阀门,阀门和其他主要部件的系统背包的多个支持部件。与机电等同物相比,这些系统通常更少于节能。

通常用于支持高占空比应用的传统机电执行器也不便宜。需要步进或伺服电机驱动的原动机意味着这种设备的成本很高,只有在还需要高精度时才完全合理。否则,对于精度较低的工业应用来说,它们的价格有些过高,这可能会导致一些用户完全避免自动化。步进和伺服驱动驱动器也需要连接到交流电源,进一步限制了它们在移动/机器人应用中的使用。

由于线性运动控制的最新进展,新一代的长寿命、直流驱动电动执行器的价格点,使高占空比适用于新的应用范围。

在一个新一代的长寿命器内

长寿命执行机构利用独特的设计特点组合,以执行高占空比应用。首先,代替伺服,步进,或刷式电机,长寿命执行器使用无刷直流电机。不像一个刷直流电机,它会过热在高负荷周期,无刷直流电机产生基本没有摩擦。这使得占空比可达35%,根据负载和环境温度的不同,占空比可达100%。

长寿的汤姆森电气公司®LL执行器是专为不需要高精度的高占空比应用而设计的。(图片由汤姆森工业公司提供)

其他有助于执行器耐用性的功能是双电路螺母和较大的螺钉。它们减少了另一个常见点磨损,并将周期从30,000或40,000到约一百万延伸,从数量级提高行驶时间。额外的寿命延伸的设计功能包括强化螺杆和伸展角接触轴承。

这些功能在一起导致执行器的执行器比传统的拉丝电动机驱动致动器长十倍,否则可能已经部署在运输级工业应用中,同时仍处于伺服或步进驱动风格的成本的一小部分。与步进路或伺服驱动的解决方案相比,无刷直流电动驱动致动器往往更紧凑,因为它们不需要传动配置。长寿命致动器通常也密封用于高进入保护,并在工厂润滑寿命,从而需要零额外的维护。

应用程序

长寿命执行器最适合应用于频繁来回或运输型运动的能力比复杂,高精度运动更重要。这包括夹紧,定位,阻塞,转移或可以部署线性运动以改善/自动化过程的任何基本应用程序。例如,将焊接固定在机器人焊机的适当位置通常需要频繁的手动定位,夹紧或在多个轴上旋转。固定性需要调整的频率越多,可以从将致动器放在那些轴上来获得越潜力。

长寿命执行器还有助于改善运营商的人体工程学。正如汽车上的电控座椅在汽车上优化驾驶员的座椅舒适度,装配线操作员可以使用执行器调节输送机或工作站高度,以改善人体工程学和减少工作场所伤害。

在越来越多的工厂中,自动导向车辆(agv)正在补充传送带。例如,在汽车工厂,agv可能会24/7地向自动化装配线交付门、引擎盖、铰链、螺栓和其他部件。执行机构可以部署在许多举升、加载和定位应用中,这些应用在以前无法实现经济有效的执行。agv等移动应用的高占空比选项也为运动设计师提供了新的可能性,agv通常通过与磁性地板条接触来供电。

随着长寿命执行机构的成本、可靠性和灵活性优势越来越明显,设计师可能会考虑自动化轴/功能,这在以前是不可行的。就像汽车座椅控制装置曾经只适用于顶级车型的驾驶员座椅一样,一些较新的车型在每个座椅上都安装了电子控制装置,前后都有。

致力的自由

麦肯锡全球研究所(MGI)估计1所有目前制造活动的一半以上都花在了可以从自动化中受益的“可预测的物理”活动中,具有焊接,切割和焊接的一些应用,其具有超过90%的自动化电位。利用这个新兴机会,无疑需要一些复杂,高精度的致动,而其他机会可能不会。长寿命器的出现使运动系统设计师更自由地选择最适合其应用的致动策略。

参考

  1. 麦肯锡全球研究所.(2017)一个可行的未来:自动化、就业和生产率.MGI-A-future-that-works-Executive-summary.ashx。

本文是由Travis Gilmer,产品线专家 - 线性执行器撰写的汤姆森的行业(Radford, VA .)和Ian Miller, National Services Business Development经理动作行业(卡尔加里,AB,加拿大)。


运动设计杂志

本文首先出现在8月,2021号问题运动设计杂志。

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