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電動執(zhí)行器正在幫助連接新興的數(shù)字世界和物理世界。本文介紹了影響
物料搬運自動化的主要因素和電動線性執(zhí)行器應用的最新趨勢。
電動線性執(zhí)行器的應用有助于將材料搬運應用提升到新的高度。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型將自動化范圍擴展到更多軸,以及電動線性執(zhí)行器可處理更重的負載,越來越多的物料搬運系統(tǒng)設計師正在將液壓和氣動運動控制轉(zhuǎn)換為電動,尤其是在新項目中。線性執(zhí)行器供應商正在不斷創(chuàng)新,以擴大物料搬運自動化在負載管理、尺寸、智能、耐用性、能效、安全性和人體工程學方面的應用范圍。
01 物料搬運自動化的范圍
現(xiàn)在,電動線性執(zhí)行器正為物料搬運自動化提供更復雜和更先進的功能。無論是輸送外圍內(nèi)部物流,還是支持給料和灌裝等生產(chǎn)過程,物料處理對工業(yè)運營的重要性日益凸顯。
例如,在裝備操作中,線性執(zhí)行器可能負責進給材料,控制它們以優(yōu)化對工作面的訪問,或?qū)⑽锪蠌囊粋€輸送機轉(zhuǎn)移到另一個輸送機。在食品包裝操作中,設置可能會消耗多達一半的工作周期。線性執(zhí)行器可以通過自動展開紙板或切割薄膜來減少時間。
電動執(zhí)行器還可以擴大可控的工作半徑,將材料帶向或帶離加工。它們可支持叉車、自動導引車(AGV)、伸縮式提升裝置或高架輸送機上的運動。
02 影響物料搬運自動化的三個因素
自動化物料搬運通常需要重點考慮以下因素:
■ 物理特性:物料搬運自動化開發(fā)人員必須考慮在工廠或輸送系統(tǒng)上移動的包裹的形狀、重量、尺寸、位置和方向穩(wěn)定性。他們還必須考慮包裝材料如何影響其滾動性、滑動性、堆疊性、表面敏感性和剛度。
■ 環(huán)境參數(shù):物料搬運設備設計師必須考慮廠房布局、機器尺寸限制和可用自由度等參數(shù)。
■ 運動控制參數(shù):與大多數(shù)運動控制應用一樣,物料搬運應用也要考慮有效載荷的重量和慣性,這取決于循環(huán)時間內(nèi)的速度和加速度以及所需的精度。
物料搬運應用可能還需要特別注意運動因素,如漂移、超調(diào)、穩(wěn)定時間和互換性,尤其要注意驅(qū)動器、動力傳輸系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)和軸承。摩擦也會導致軸承間隙、位置測量系統(tǒng)分辨率差和結構靜態(tài)變形。此外,動態(tài)靈活性也會帶來系統(tǒng)的脆弱,從而導致錯誤和失敗。設備設計者必須在考慮維護、安全和耐用性的前提下解決所有這些因素。
03 電動線性執(zhí)行器在物料搬運中的應用趨勢
電動線性執(zhí)行器在物料搬運中已應用多年。在此期間,電動線性執(zhí)行器取得了許多進步,為支持新的工業(yè)操作進行了優(yōu)化。這些進展包括:
1 重載搬運
現(xiàn)在,電動執(zhí)行器可以處理高達25kN的重型負載,這些負載以前一般由液壓或氣壓缸執(zhí)行。在很大程度上,這些改進得益于部件材料的改進和滾珠絲杠技術的進步,例如使用滾珠軸承。
2 延長的沖程長度
現(xiàn)在,電動線性執(zhí)行器也能完成更長的沖程,開始應用于以前液壓和氣動占主導地位的應用。以前,電動線性執(zhí)行器每次的行程被限制在300或400毫米,而現(xiàn)在可以超過1.2米。
3 緊湊型設計
執(zhí)行器通常設計在密閉空間內(nèi)。例如,在包裝線上,進給和切割系統(tǒng)可能會與其它裝置爭奪空間。在AGV或叉車上,空間總是很重要,執(zhí)行器的尺寸也會影響能源的利用?,F(xiàn)在,外殼只有護照大小的執(zhí)行器可以處理高達2000 N的負載。它們適合更小的空間,而上一代執(zhí)行器要么太大,要么太弱。
這種緊湊性和簡單性是其與液壓和氣動技術的主要區(qū)別,后者需要強大的設備基礎設施,如泵、軟管、閥門、儲罐和壓縮機。電動執(zhí)行器只需插入電源并連接到網(wǎng)絡。將可編程邏輯控制器(PLC)與電動執(zhí)行器集成,即可實現(xiàn)更高效、無縫的控制,從而減少停機時間,提高生產(chǎn)力并節(jié)約成本。
4 智能化和網(wǎng)絡集成
現(xiàn)在,電動線性執(zhí)行器可提供模塊化的板載控制,實現(xiàn)簡單的開關、低電平開關、位置反饋和CAN總線網(wǎng)絡集成。它們可以實時監(jiān)測和控制、診斷、讀取位置和運營統(tǒng)計數(shù)據(jù),并在運行中進行微調(diào)(圖2)。隨著工廠的數(shù)字化程度越來越高,設計師將把材料搬運能力融入到更復雜的運行中。負載將更智能地移動,實現(xiàn)編程運動、遠程操作系統(tǒng)和多個執(zhí)行器之間的同步。
5 使用壽命更長
通常情況下,物料搬運應用程序要全天候運行,即裝即用。生產(chǎn)線應用,例如將物品從一個傳送帶轉(zhuǎn)移到另一個傳送皮帶的機械臂,具有高占空比,并且容易磨損。AGV、叉車和其它移動設備可以部署在這些應用中,并且通常使用電池(圖3)。在室外或危險環(huán)境中使用的設備,以及易受濕氣和灰塵進入的設備,也可能需要更長的使用壽命。
使用無刷電機的線性執(zhí)行器,可以獲得100%的占空比和長達600公里的免維護壽命。這比液壓和氣動技術具有更大優(yōu)勢,后者需要持續(xù)維護。此外,潤滑技術的發(fā)展已經(jīng)實現(xiàn)一些執(zhí)行器可以在工廠潤滑終身免維護。遵守IP65、IP66和IP69K的IP標準,可防止顆粒物、濕氣和其它可能縮短執(zhí)行器壽命的物質(zhì)進入。
6 安全性和人體工程學
有時,物料搬運設備可能會將人類員工置于危險之中。例如,一臺失去動力的機器,可能會以比人類更快的速度卸下負載。重復運動或笨拙的工件定位可能會帶來人體工程學方面的挑戰(zhàn)。
在這種情況下,電動線性執(zhí)行器通過機電和靜態(tài)保持制動器提供幫助,在應用程序斷電的情況下將負載保持在適當位置。它們還可以將工作臺升高、降低或傾斜到更舒適、更符合人體工程學的角度,使工作更安全。
自動分揀有助于避免漫長的進料器路線,并盡可能地將操作人員從機器的工作周期中解脫出來,將人體工程學和安全放在首位(圖4)。更換液壓缸還可以消除滑動和掉落在泄漏液體上的風險,以及固體、液體泄漏造成的產(chǎn)品污染。
7 定制化解決方案
在現(xiàn)有技術范圍不斷擴大的同時,應用的多樣性也推動了對定制化解決方案的需求。設計師越來越多地要求組件和系統(tǒng)滿足獨特需求。制造商通常只需對標準產(chǎn)品進行微小修改就可以滿足這些需求,但有時他們可能不得不從頭開始設計。具有最廣泛產(chǎn)品的執(zhí)行機構供應商,最有可能改變標準生產(chǎn)線或擁有從頭開始設計的專業(yè)知識。他們增加標準產(chǎn)品的靈活性和意愿也是一個因素。
定制化能力是大多數(shù)電氣化設備新設計的另一個顯著優(yōu)勢。這種設備通常比前幾代更模塊化,可以通過修改、添加或刪除軸來完成更改。電氣設計減少了對系統(tǒng)較大部件的重新設計需求,如液壓總管/閥門的重新設計、管道或軟管路線。
為了準確計算投資回報率,并對原始設備制造商(OEM)和最終用戶的定制項目進行正確的攤銷,設計師必須在整個產(chǎn)品生命周期的背景下做出采購決策,包括生產(chǎn)成本、持續(xù)運營成本和潛在生產(chǎn)力。同樣,決策應考慮集成最新技術的好處,這有助于提高OEM的競爭力并使最終用戶受益。
電動執(zhí)行器是連接新興數(shù)字世界和物理世界的關鍵技術。現(xiàn)代的電動執(zhí)行器更強大、更智能,價格也更實惠。電氣化正迎來一個高效率的新時代,這將有助于實現(xiàn)更高效的物料搬運自動化和業(yè)務提升。
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