28.05.2020

Восемь критериев отбора для компонентов привода

Электромеханические системы предлагают преимущества перед гидравлическими и пневматическими приводами

При выборе между гидравлическим и электромеханическим линейным приводом, внимательное рассмотрение долгосрочных преимуществ для конечного пользователя может помочь разработчикам систем оригинального оборудования (ОЕМ) максимизировать как стоимость продукта, так и окупаемость инвестиций (ROI).

Гидравлические приводы передают движение электрической энергии через столбы воздуха, газа, масла или других сред. Хотя движение, которое они обеспечивают, проще, чем с другими типами приводов, инфраструктура, необходимая для их поддержки, - нет. Гидравлические приводы требуют внешней системы насосов и клапанов; пневматические приводы требуют сложных систем подачи воздуха. Для обоих длина хода определяется механическим жестким упором.

Электромеханические системы могут выполнять более сложные операции с гораздо более простой конструкцией. Электродвигатель - через ременную, червячную, планетарную передачу или через прямое соединение - вращает шариковый винт, который переводит крутящий момент в осевую силу через удлинительную трубку. Все ключевые компоненты движения являются или могут быть автономными. Движение контролируется программируемым электронным сигналом.

Разработчики системы должны учитывать следующие восемь критериев при выборе между гидравлическим и электромеханическим приводом.

1. Управление профилем движения

По мере роста изменчивости и сложности бизнеса, пользователи машин и оборудования, приводимых в действие исполнительным механизмом, требуют большего контроля над положением, скоростью или силой во всем диапазоне движения. Гидравлические приводы не могут это легко обеспечить. Им трудно достичь медленных, контролируемых скоростей, которые могут понадобиться во многих применениях. В некоторой степени гидравлические приводы могут получить управление с помощью внешних систем, таких как пропорциональные регуляторы, клапаны и датчики, но это увеличивает стоимость и сложность.

Поскольку электромеханическое движение управляется электроникой, устройство может быть запрограммировано на остановку в любой точке хода. Профили силы и движения могут быть изменены программно без необходимости выключения и перенастройки машины. Повышенная управляемость электромеханических приводов часто может устранить необходимость перенастройки при переключении с одного продукта на другой. В таких применениях, как упаковочные линии, где множество размеров упаковок могут производится в одну смену, это может привести к значительной экономии. Электромеханические приводы также могут быть объединены в сеть, обеспечивая функциональность, такую как синхронизация, облегчая конечным пользователям работу с несбалансированными нагрузками.

2. Влияние на чистоту и безопасность

В дополнение к ограничению контроля над профилем движения, жидкости создают более мрачную, потенциально опасную рабочую среду. Например, гидравлические жидкости должны транспортироваться и храниться должным образом. Постоянные утечки необходимо устранять, это может привести к несчастным случаям, вызванным поскальзыванием и падением на полу. Различные методы фильтрации должны быть использованы для уменьшения загрязнения. Когда жидкость полностью разложится, ее необходимо заменить и тщательно утилизировать. Пневматические приводы представляют аналогичные проблемы из-за наличия масла и других примесей в источниках сжатого воздуха. Отработанный воздух должен быть отфильтрован для удаления загрязнений, прежде чем он попадет в окружающую среду.

Упаковочные линии выигрывают от повышенной управляемости электромеханических приводов, поскольку они часто устраняют необходимость перенастройки при переключении с одного продукта на другой. Предоставлено Thomson Industries Inc.

Электромеханические приводы не имеют таких проблем. Движение происходит в точно подогнанных металлических деталях, которые требуют только обычной смазки - или в некоторых случаях вообще не требуют смазки. Учитывая это, электромеханические приводы особенно подходят для использования в санитарных условиях, где требуется сверхчистая эксплуатация, например, в пищевой, упаковочной, медицинской и электронной промышленности. Поскольку все компоненты содержатся в герметичных модулях с высокой степенью защиты от проникновения, электромеханические приводы также больше подходят для сред с более высоким риском загрязнения: химические заводы, бумажные фабрики, сварочные работы и наружные применения.

3. Долговечность и техническое обслуживание

Простое предотвращение загрязнения жидкостями снижает нагрузку на ресурсы технического обслуживания, но наибольшую роль в рабочей нагрузке для технического обслуживания вносит сложность гидравлических систем. Регулярное обслуживание в стиле перерыв / починка имеет важное значение для систем на основе жидкости. Масло теряет эффективность и должно быть проверено. Прокладки и уплотнения могут быть повреждены и изношены. Компоненты инфраструктуры должны контролироваться и заменяться по мере необходимости. Тем не менее, электромеханические приводы работают дольше без вмешательства технического обслуживания, обеспечивая стабильную производительность в течение всего срока службы привода.

4. Окружающий шум

Шум является серьезной проблемой как для гидравлических, так и для пневматических приводов. Гидравлическая система состоит из электродвигателя, подшипников, ротора / статора в сборе и вентилятора. Двигатель приводит в действие насос, который создает давление в гидравлической жидкости в цилиндре через клапан. Жидкость передается через систему трубопроводов, шлангов и приспособлений.

Электромеханические приводы идеально подходят для использования в санитарных условиях, где требуется сверхчистая и энергоэффективная работа. Предоставлено Thomson Industries Inc.

Чтобы поддерживать давление, эта система должна постоянно работать на холостом ходу, что создает дополнительный базовый шум, который часто можно услышать по всему заводу, в добавку к уровню шума окружающей среды. Это так странно, что продукты, предлагающие снижение шума на гидравлических системах, сами по себе являются отраслью. В пневматических приводах шум в основном является результатом утечек воздуха, которые часто присутствуют. Потери давления и примеси, присутствующие в подаче сжатого воздуха, воздействуют на пневматические приводы, вызывая повышение потребления энергии и уровня шума. В противоположность этому, конструкция электромеханических приводов делает их работу тихой. Эта технология постоянно совершенствуется для достижения более тихой работы для использования в тех местах, где невозможны другие приводы. Например, на рынке есть электромеханический привод, который работает с уровнем шума менее 45 дБ - примерно так же, как в обычной библиотеке.

5. Энергоэффективность

Гидравлические приводы используют энергию очень неэффективно, потому что они проходят двухступенчатый процесс преобразования энергии. Преимущество гидравлических систем заключается в том, что они способны поддерживать постоянное давление без необходимости в дополнительном количестве энергии, но для этого необходимо постоянно поддерживать работу насоса, даже если привод не выполняет никакой работы. С пневматическими приводами выход воздуха через утечки увеличивает потребление энергии и уровень окружающего шума. В отличии от этого, электромеханическая технология использует энергию только при выполнении работы и делает это с высокой эффективностью. Более 90% энергии, прилагаемой к электромеханическому шарико-роликовому винтовому узлу, преобразуется в работу. Электромеханическое устройство также может удерживать груз на месте, не расходуя дополнительную энергию или сложные системные сборки.

6. Эффективность использования пространства

Тот факт, что все в электромеханическом приводе может быть автономным в компактном устройстве, означает, что производители могут создавать машины меньшего размера. Такое уменьшение размера помогает конечным пользователям добавлять в небольшие помещения автоматизацию, повышая эффективность как эксплуатации, так и использования пространства (см. Рисунок 3). Некоторые производители сделали еще один шаг в создании приводов с возможностью монтирования, что облегчает оригинальным производителям оборудования поставку небольших систем.

Электромеханические приводы занимают меньше места и повышают эффективность как эксплуатации, так и использования пространства. Предоставлено Thomson Industries Inc.

7. Интеграция с другими приложениями

По мере того, как промышленные системы становятся все умнее и более взаимосвязанными, появляются возможности для оптимизации производства на новый уровень качества, эффективности и контроля затрат. Многие из них включают обмен операционными данными через облако. Гидравлические приводы не настолько приспособлены к таким применениям, так как часто требуется дополнительное оборудование для обеспечения того, что встроено в электрические приводы. Это дополнительное технологическое требование делает интеграцию гидравлических приводов в стратегии оптимизации процессов или модернизации более дорогостоящей и сложной. Электромеханические приводы подключаются к сетям всего несколькими проводами, что упрощает обмен информацией о производительности между исполнительными устройствами, а также с помощью программного обеспечения для оптимизации.

8. Общая стоимость операций

Хотя каждый критерий выбора, рассмотренный до сих пор, в некоторой степени составляет ценность для конечного пользователя, наибольшим вкладом электромеханического привода, скорее всего, является его роль в снижении общей стоимости операций. Больший контроль над профилем движения означает, что нет необходимости покупать сложные дополнительные компоненты, сервоклапаны или другие компоненты для управления операциями.

Более чистая работа и уменьшенное техническое обслуживание способствуют практическому результату, сокращая трудозатраты, необходимые для мониторинга и ремонта систем. Использование электромеханических приводов исключает расход гидравлического масла, связанного с традиционными гидравлическими системами.

Поскольку электромеханические приводы работают дольше без необходимого обслуживания, производители экономят на закупках запчастей и управлении запасами. Способность электромеханических приводов преобразовывать 90% энергии в работу позволяет заводу экономить на затратах энергии. В энергоемких отраслях, экономия энергии может оправдать модернизацию электромеханических приводов с окупаемостью системы всего за один год.

Более эффективное использование пространства может принести значительную финансовую выгоду, особенно в районах, где стоимость недвижимости высока, или на оффшорных и удаленных операциях. В перспективе может оказаться, что наибольшая финансовая выгода от использования электромеханических приводов заключается в их готовности интегрироваться в цифровую эпоху. Компании получают выгоду, внедряя данные об устройствах в программное обеспечение для управления активами, что позволяет более эффективно прогнозировать процессы и активы.

Ключевым аспектом для разработчиков систем является обеспечение выбора и интеграции правильных компонентов для обеспечения точности, эффективности, аккуратности, уровня шума и других эксплуатационных характеристик. Многие компании, производящие электромеханические приводы, предлагают онлайн-инструменты для самостоятельного определения размеров, которые позволяют дизайнерам точно подбирать размеры и выбирать системы линейного перемещения и другие компоненты.

Распределение выгоды

Большинство тех же функций, которые делают электромеханические приводы более ценными для конечных пользователей, чем гидравлические, также облегчают разработчикам систем оригинального оборудования достижение этой ценности. Пневматическая или гидравлическая технология требует работы со сложной, занимающей много места инфраструктурой.

Электромеханические приводы проще и легче в размерах. За несколько шагов разработчики могут определить требуемую нагрузку и рабочий цикл, а также указать длину хода и втягивания. Современные инструменты настройки делают этот процесс еще проще. Как только привод определен, конечный пользователь определяет местоположение, устанавливает и подключает его несколькими проводами, и привод готов. Разработчики гидравлических систем выполняют аналогичные расчеты, но должны учитывать дополнительные системные требования, касающиеся того, как определять и поддерживать подачу жидкости в привод.

Поскольку они обеспечивают множество преимуществ для конечных пользователей, электромеханические приводы могут помочь производителям оригинального оборудования предоставить более конкурентоспособное предложение. Поскольку с ними проще работать, и они более универсальны, электромеханические приводы также могут снизить затраты на проектирование и разработку.

Максимизация стоимости и возврата инвестиций

Помимо предоставления системным разработчикам более простого и универсального движущегося компонента, чем гидравлические приводы, электромеханические линейные приводы предоставляют значительные преимущества как конечным пользователям, так и производителям оборудования. Они чище, их легче интегрировать, контролировать и обслуживать, они работают тише и эффективнее. Кроме того, они занимают меньше места - все это способствует снижению общей стоимости эксплуатации и дольше не нуждаются в обслуживании. Гидравлические и пневматические альтернативы имеют свое место, но наилучшей практикой является рассмотрение всех альтернатив при принятии решения, какая технология приведения в действие будет наилучшей для применения.

Выбор компонентов управления движением

По мере развития промышленных технологий и расширения возможностей электромеханических приводов и других компонентов управления движением в тяжелых условиях, разработчики систем сталкиваются с широким спектром вариантов своих проектов. Инструменты применения и выбора облегчают инженерам-проектировщикам выбор продукта, соответствующего их конкретным потребностям, и обеспечивают легкую навигацию, помогая быстро найти идеальное решение привода. Для обеспечения наилучшего соответствия они должны учитывать несколько соображений конечного пользователя при выборе: