電動(dòng)推桿將物料處理提升到新的高度。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型將自動(dòng)化范圍擴(kuò)展到更多軸，電動(dòng)線性執(zhí)行器可以處理越來(lái)越重的負(fù)載，越來(lái)越多的物料搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正在將液壓和氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制轉(zhuǎn)換為電動(dòng)控制，尤其是在新項(xiàng)目中。線性推桿供應(yīng)商正在通過(guò)創(chuàng)新來(lái)應(yīng)對(duì)，這些創(chuàng)新擴(kuò)大了物料搬運(yùn)自動(dòng)化在負(fù)載管理、尺寸、智能、耐用性、能源效率、安全性和人體工程學(xué)方面的范圍。

物料搬運(yùn)自動(dòng)化的范圍

電動(dòng)推桿越來(lái)越多地為物料搬運(yùn)自動(dòng)化提供復(fù)雜、先進(jìn)的功能。無(wú)論是輸送和運(yùn)輸?shù)耐鈬鷥?nèi)部物流，還是對(duì)喂料和灌裝等生產(chǎn)過(guò)程的支持，物料搬運(yùn)對(duì)于工業(yè)運(yùn)營(yíng)越來(lái)越重要。（圖1）

例如，在裝配操作中，線性致動(dòng)器可能會(huì)輸送材料，操縱它們以優(yōu)化對(duì)工作表面的訪問(wèn)或?qū)⑽矬w從一個(gè)輸送機(jī)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)輸送機(jī)。再舉一個(gè)例子，在食品包裝操作中，設(shè)置可能會(huì)消耗多達(dá)一半的工作周期。線性執(zhí)行器可以通過(guò)自動(dòng)展開紙板或切割薄膜來(lái)縮短時(shí)間。

電動(dòng)執(zhí)行器還可以擴(kuò)大可控工作半徑，將材料運(yùn)送到加工處或遠(yuǎn)離加工處。它們可能支持叉車、自動(dòng)導(dǎo)引車 (AGV)、伸縮式升降裝置或高架輸送機(jī)上的運(yùn)動(dòng)。

影響工業(yè)運(yùn)動(dòng)的因素

自動(dòng)化物料搬運(yùn)運(yùn)動(dòng)序列需要仔細(xì)考慮以下因素：

• 物理特性。物料搬運(yùn)自動(dòng)化開發(fā)人員必須考慮沿工廠或輸送機(jī)系統(tǒng)移動(dòng)的包裝的形狀、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(dòng)性、滑動(dòng)性、堆疊性、表面敏感性和剛度。

• 環(huán)境參數(shù)。物料搬運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須考慮房間布局、機(jī)器尺寸限制和可用自由度等參數(shù)。

• 運(yùn)動(dòng)參數(shù)。與大多數(shù)運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用一樣，物料搬運(yùn)應(yīng)用會(huì)考慮有效負(fù)載的重量和慣性，這是由循環(huán)時(shí)間內(nèi)的速度和加速度以及所需的精度決定的。

物料搬運(yùn)應(yīng)用可能還需要特別注意運(yùn)動(dòng)學(xué)因素，例如漂移、超調(diào)、穩(wěn)定時(shí)間和互換性，特別是驅(qū)動(dòng)器、動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、位置測(cè)量系統(tǒng)和軸承。摩擦?xí)?dǎo)致軸承間隙、位置測(cè)量系統(tǒng)分辨率差、結(jié)構(gòu)靜態(tài)變形。動(dòng)態(tài)靈活性會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)弱點(diǎn)，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤和失敗。設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須在維護(hù)、安全性和耐用性的范圍內(nèi)解決所有這些因素。

物料搬運(yùn)電氣化資質(zhì)

電動(dòng)直線推桿已在物料搬運(yùn)操作中使用多年，在此期間，已經(jīng)取得了進(jìn)步，優(yōu)化了它們以支持新的工業(yè)操作。這些進(jìn)步包括：

重負(fù)載處理  - 電動(dòng)執(zhí)行器現(xiàn)在可以處理高達(dá) 25 kN 的重負(fù)載，而這些負(fù)載以前只能由液壓缸或氣動(dòng)缸來(lái)處理。這些改進(jìn)在很大程度上歸功于部件材料的改進(jìn)和滾珠絲杠技術(shù)的進(jìn)步，例如滾珠軸承的實(shí)施。

更長(zhǎng)的行程長(zhǎng)度 - 電動(dòng)線性執(zhí)行器現(xiàn)在還能夠?qū)崿F(xiàn)更長(zhǎng)的行程，解決以前液壓和氣動(dòng)占主導(dǎo)地位的應(yīng)用。電動(dòng)線性執(zhí)行器以前僅限于 300 或 400 毫米，現(xiàn)在跨度可達(dá) 1.2 米。

緊湊性——執(zhí)行器通常設(shè)計(jì)在有限的空間內(nèi)。例如，在包裝線上，進(jìn)料和切割系統(tǒng)可能會(huì)與其他單元競(jìng)爭(zhēng)空間。在 AGV 或叉車上，空間始終非常寶貴，執(zhí)行器尺寸也會(huì)影響能源使用。外殼大小如護(hù)照的執(zhí)行器現(xiàn)在可以承受高達(dá) 2000 N（450 磅）的負(fù)載，它們適合安裝在狹小的空間中，而上一代執(zhí)行器要么太大要么太弱。

這種緊湊性和簡(jiǎn)單性是與液壓和氣動(dòng)技術(shù)的主要區(qū)別，后者需要強(qiáng)大的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施，例如泵、軟管、閥門、儲(chǔ)液器和壓縮機(jī)。電動(dòng)執(zhí)行器只需插入電源并連接到網(wǎng)絡(luò)即可。PLC 的集成可以更高效、無(wú)縫地控制電動(dòng)執(zhí)行器，從而減少停機(jī)時(shí)間、提高生產(chǎn)率并節(jié)省成本。

智能- 電動(dòng)直線執(zhí)行器現(xiàn)配備模塊化板載控制裝置，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開關(guān)、低電平開關(guān)、位置反饋和 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)集成。它們可以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制、診斷、讀取位置和操作統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)微調(diào)。（圖2）

隨著工廠變得更加數(shù)字化，設(shè)計(jì)師將把材料處理能力集成到越來(lái)越復(fù)雜的操作中。負(fù)載將更加智能地移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)編程的運(yùn)動(dòng)序列、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作以及多個(gè)執(zhí)行器之間的同步。

圖 2. 將板載電子設(shè)備集成到電動(dòng)執(zhí)行器中，可以將以前外部的增強(qiáng)控制功能（例如開關(guān)、位置反饋和系統(tǒng)診斷）直接集成到執(zhí)行器中。Thomson 智能執(zhí)行器將基于微處理器的印刷電路板與允許遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)之間通信的補(bǔ)充軟件結(jié)合在一起。

使用壽命長(zhǎng)- 物料搬運(yùn)應(yīng)用通常在“一勞永逸”的應(yīng)用中全天候 (24/7) 運(yùn)行。生產(chǎn)線應(yīng)用（例如將物品從一條傳送帶轉(zhuǎn)移到另一條傳送帶的手臂）具有高工作周期并且容易磨損。AGV、叉車和其他移動(dòng)設(shè)備可以部署在這些應(yīng)用中，并且通常使用電池運(yùn)行。（圖 3）在戶外或危險(xiǎn)環(huán)境中使用且容易受到濕氣和灰塵侵入的設(shè)備也需要較長(zhǎng)的使用壽命。

圖 3. 對(duì)于無(wú)人參與的 AGV，通過(guò)無(wú)線電、WiFi、衛(wèi)星和其他通信進(jìn)行遠(yuǎn)程控制至關(guān)重要。除了遠(yuǎn)程優(yōu)勢(shì)之外，電動(dòng)執(zhí)行器還憑借堅(jiān)固的設(shè)計(jì)減少了維護(hù)和環(huán)境問(wèn)題。這種一體化執(zhí)行器套件使 AGV 能夠在更大的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)貨物，無(wú)論條件多么苛刻。

使用無(wú)刷電機(jī)的線性執(zhí)行器可實(shí)現(xiàn) 100% 的占空比和長(zhǎng)達(dá) 600 公里（375 英里）的免維護(hù)壽命。與幾乎需要持續(xù)維護(hù)的液壓和氣動(dòng)技術(shù)相比，這種長(zhǎng)壽命是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。

此外，潤(rùn)滑技術(shù)已經(jīng)先進(jìn)到一些執(zhí)行器在工廠進(jìn)行終身潤(rùn)滑。并且遵守 IP65、IP66 和 IP69K 的 IP 標(biāo)準(zhǔn)可防止顆粒、濕氣和其他可能縮短壽命的侵入。

安全和人體工程學(xué) - 物料搬運(yùn)設(shè)備不斷將人類置于危險(xiǎn)之中。例如，斷電的機(jī)器下降負(fù)載的速度可能比人類擺脫障礙的速度還要快。重復(fù)的運(yùn)動(dòng)或笨拙的工件定位可能會(huì)帶來(lái)人體工程學(xué)方面的挑戰(zhàn)。

電動(dòng)線性執(zhí)行器通過(guò)機(jī)電和靜態(tài)保持制動(dòng)器在這些情況下提供幫助，這些制動(dòng)器可以在應(yīng)用斷電時(shí)將負(fù)載保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。它們還可以通過(guò)升高、降低或傾斜工作臺(tái)至舒適、更符合人體工程學(xué)的角度來(lái)使工作更加安全。

自動(dòng)揀選有助于避免較長(zhǎng)的進(jìn)料路線，并盡可能將操作人員從機(jī)器的工作周期中解放出來(lái)，從而將人體工程學(xué)和安全性放在首位。（圖 4）此外，更換液壓缸還可以消除因泄漏液體而滑倒和跌倒的風(fēng)險(xiǎn)，以及固體液體泄漏造成的產(chǎn)品污染。

圖 4. 裝配/控制站和固定設(shè)備的自動(dòng)化程度不斷提高。工作站的個(gè)性化調(diào)整有助于工作，提高操作員舒適度并降低受傷風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在裝配過(guò)程中保護(hù)材料和其他設(shè)備。 

定制以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)——雖然可用技術(shù)的范圍不斷擴(kuò)大，但應(yīng)用程序的多樣性也推動(dòng)了對(duì)定制解決方案的需求。設(shè)計(jì)人員越來(lái)越需要組件和系統(tǒng)來(lái)滿足獨(dú)特的需求。通常，制造商可以通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品進(jìn)行微小修改來(lái)滿足這些需求，但有時(shí)他們可能必須從頭開始設(shè)計(jì)一些東西。提供最廣泛產(chǎn)品的執(zhí)行器供應(yīng)商最有可能采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品線或擁有從頭開始設(shè)計(jì)產(chǎn)品的專業(yè)知識(shí)。他們的靈活性和增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的意愿也是一個(gè)因素。

定制能力是大多數(shù)電氣化設(shè)備新設(shè)計(jì)的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。該設(shè)備通常比前幾代設(shè)備更加模塊化，并且可以通過(guò)修改、添加或刪除軸來(lái)進(jìn)行更改。電氣設(shè)計(jì)減少了重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)較大組件的需要，例如重新設(shè)計(jì)液壓歧管/閥門、管道或軟管路線。

回報(bào)是什么？

為了為 OEM 和最終用戶的定制項(xiàng)目計(jì)算最準(zhǔn)確的投資回報(bào)率和正確的攤銷，設(shè)計(jì)人員必須在整個(gè)產(chǎn)品生命周期的背景下做出采購(gòu)決策，包括生產(chǎn)成本、持續(xù)運(yùn)營(yíng)成本和潛在生產(chǎn)力。同樣，決策應(yīng)考慮集成最新技術(shù)（例如車載電子設(shè)備）的好處，這有助于提高 OEM 的競(jìng)爭(zhēng)力并為最終用戶帶來(lái)好處。

電動(dòng)推桿是連接新興數(shù)字世界和物理世界的關(guān)鍵技術(shù)。直到最近，這個(gè)差距還太大而無(wú)法跨越。但現(xiàn)在電動(dòng)執(zhí)行器更強(qiáng)大、更智能、更便宜，這個(gè)鴻溝不再那么令人畏懼。電氣化正在開創(chuàng)一個(gè)新的效率時(shí)代，這將有助于實(shí)現(xiàn)更好的自動(dòng)化、改善物料搬運(yùn)并最終改善業(yè)務(wù)。