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给设计师更大的灵活性高占空比/降低精确度为这些传统的执行机构先前成本过高他们的工作周期评价/能力或未达标的应用运动。

执行器选择

执行器寿命是其占空比的函数,即时间可以应用到其工作的百分比,由以下公式计算:

占空比(%)=(执行器开机时间)/(开机时间+关机时间)

(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,还有周围的每一个角落,不需要高精度高占空比应用的机会。例如,在输送机上转向包或其他物品可以很容易地通过使用长寿命电致动器的协助。(图片汤姆森工业,Inc.提供)

像那些需要操作气动或液压执行器的流体动力系统是复杂的,可能是混乱的,劳动密集型,空间消耗和昂贵的拥有/操作。

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。

通常用于以同样支持更高占空比应用传统的机电致动器并不便宜。需要stepper-或伺服电机驱动的原动机的手段,这种设备是有成本高,只能是完全合理的,如果还需要高精度。否则,他们是有点高估低精度的工业应用,这可能会导致一些用户为了避免完全自动化。Stepper-和伺服驱动致还需要连接到交流电源,进一步限制了其在移动/机器人应用。

由于在直线运动控制的最新进展,新一代长寿命,直流驱动电动致动器的可在一个价格点,使高占空比负担得起的应用的新范围。

在一个新一代的长寿命器内

长寿命驱动器利用设计功能的独特组合,以高占空比应用进行。首先,代替使用伺服,步进或刷电动机,长寿命的致动器使用的无刷直流电动机。不同于有刷直流电机,这将在过热高占空比,所述无刷DC马达产生基本上没有摩擦。这使得向上的占空比以35%或,根据负载和环境温度,最高可达100%。

长寿命汤姆森的Electrak®LL执行器是专为那些不需要高精度高占空比应用。(图片汤姆森工业,Inc.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,输送机被补充有自动导引车(AGV的)。在汽车厂中,例如,可能的AGV提供车门,发动机罩,铰链,螺栓和其它部件,以24/7的基础上自动装配线。执行器可以在众多起重,装载和定位以前不能被致动经济有效的应用部署。在移动应用,例如AGV的,这往往是由与磁地板条接触供电的高占空比的选择,也打开了运动设计的新的可能性。

由于成本,可靠性和长寿命的执行器变得更加明显的灵活性的好处,设计师可能会考虑自动化轴/以前没有过可行的功能。就像汽车座椅控制曾经只可用于驱动程序在顶级的系车型的座位,一些较新的机型在每一个座位,正面和背面电子控制。

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)未来的作品:自动化,就业和生产力。MGI-A-未来是-工程执行-summary.ashx。

这篇文章是由Travis Gilmer写的,产品线专家-线性执行器,在汤姆森工业(雷德福,VA)和伊恩·米勒,国家服务业务发展经理动作行业(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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