圖片來源：Thomson Industries

　　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(yùn)自動化的主要因素和電動線性執(zhí)行器應(yīng)用的最新趨勢。

　　電動線性執(zhí)行器的應(yīng)用有助于將材料搬運(yùn)應(yīng)用提升到新的高度。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型將自動化范圍擴(kuò)展到更多軸，以及電動線性執(zhí)行器可處理更重的負(fù)載，越來越多的物料搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計師正在將液壓和氣動運(yùn)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(yīng)商正在不斷創(chuàng)新，以擴(kuò)大物料搬運(yùn)自動化在負(fù)載管理、尺寸、智能、耐用性、能效、安全性和人體工程學(xué)方面的應(yīng)用范圍。

　　01 物料搬運(yùn)自動化的范圍

　　現(xiàn)在，電動線性執(zhí)行器正為物料搬運(yùn)自動化提供更復(fù)雜和更先進(jìn)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(yùn)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(fù)責(zé)進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)移到另一個輸送機(jī)。在食品包裝操作中，設(shè)置可能會消耗多達(dá)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(kuò)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(dǎo)引車(AGV)、伸縮式提升裝置或高架輸送機(jī)上的運(yùn)動。

　　02 影響物料搬運(yùn)自動化的三個因素

　　自動化物料搬運(yùn)通常需要重點考慮以下因素：

　　■ 物理特性：物料搬運(yùn)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(yùn)設(shè)備設(shè)計師必須考慮廠房布局、機(jī)器尺寸限制和可用自由度等參數(shù)。

　　■ 運(yùn)動控制參數(shù)：與大多數(shù)運(yùn)動控制應(yīng)用一樣，物料搬運(yùn)應(yīng)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(yùn)應(yīng)用可能還需要特別注意運(yùn)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(dǎo)致軸承間隙、位置測量系統(tǒng)分辨率差和結(jié)構(gòu)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(dǎo)致錯誤和失敗。設(shè)備設(shè)計者必須在考慮維護(hù)、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(yùn)中的應(yīng)用趨勢

　　電動線性執(zhí)行器在物料搬運(yùn)中已應(yīng)用多年。在此期間，電動線性執(zhí)行器取得了許多進(jìn)步，為支持新的工業(yè)操作進(jìn)行了優(yōu)化。這些進(jìn)展包括：

　　1 重載搬運(yùn)

　　現(xiàn)在，電動執(zhí)行器可以處理高達(dá)25kN的重型負(fù)載，這些負(fù)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(jìn)得益于部件材料的改進(jìn)和滾珠絲杠技術(shù)的進(jìn)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(yīng)用于以前液壓和氣動占主導(dǎo)地位的應(yīng)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(shè)計

　　執(zhí)行器通常設(shè)計在密閉空間內(nèi)。例如，在包裝線上，進(jìn)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(hù)照大小的執(zhí)行器可以處理高達(dá)2000 N的負(fù)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(shù)的主要區(qū)別，后者需要強(qiáng)大的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施，如泵、軟管、閥門、儲罐和壓縮機(jī)。電動執(zhí)行器只需插入電源并連接到網(wǎng)絡(luò)。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(jī)時間，提高生產(chǎn)力并節(jié)約成本。

　　4 智能化和網(wǎng)絡(luò)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(guān)、低電平開關(guān)、位置反饋和CAN總線網(wǎng)絡(luò)集成。它們可以實時監(jiān)測和控制、診斷、讀取位置和運(yùn)營統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在運(yùn)行中進(jìn)行微調(diào)(圖2)。隨著工廠的數(shù)字化程度越來越高，設(shè)計師將把材料搬運(yùn)能力融入到更復(fù)雜的運(yùn)行中。負(fù)載將更智能地移動，實現(xiàn)編程運(yùn)動、遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)和多個執(zhí)行器之間的同步。

　　▲圖2：將車載電子設(shè)備集成到電動執(zhí)行器中，可以增強(qiáng)以前由外部實現(xiàn)的控制功能，如開關(guān)、位置反饋和系統(tǒng)診斷，直接集成到執(zhí)行器中。

　　5 使用壽命更長

　　通常情況下，物料搬運(yùn)應(yīng)用程序要全天候運(yùn)行，即裝即用。生產(chǎn)線應(yīng)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(jī)械臂，具有高占空比，并且容易磨損。AGV、叉車和其它移動設(shè)備可以部署在這些應(yīng)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(shè)備，以及易受濕氣和灰塵進(jìn)入的設(shè)備，也可能需要更長的使用壽命。

　　▲圖3：對于無人參與的AGV，通過無線電、Wi-Fi、衛(wèi)星和其它通信實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制至關(guān)重要。除了遠(yuǎn)程優(yōu)勢外，電動執(zhí)行器還采用了堅固的設(shè)計，減少了維護(hù)和環(huán)境問題。

　　使用無刷電機(jī)的線性執(zhí)行器，可以獲得100%的占空比和長達(dá)600公里的免維護(hù)壽命。這比液壓和氣動技術(shù)具有更大優(yōu)勢，后者需要持續(xù)維護(hù)。此外，潤滑技術(shù)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(hù)。遵守IP65、IP66和IP69K的IP標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)入。

　　6 安全性和人體工程學(xué)

　　有時，物料搬運(yùn)設(shè)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(jī)器，可能會以比人類更快的速度卸下負(fù)載。重復(fù)運(yùn)動或笨拙的工件定位可能會帶來人體工程學(xué)方面的挑戰(zhàn)。

　　在這種情況下，電動線性執(zhí)行器通過機(jī)電和靜態(tài)保持制動器提供幫助，在應(yīng)用程序斷電的情況下將負(fù)載保持在適當(dāng)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(xué)的角度，使工作更安全。

　　自動分揀有助于避免漫長的進(jìn)料器路線，并盡可能地將操作人員從機(jī)器的工作周期中解脫出來，將人體工程學(xué)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(fēng)險，以及固體、液體泄漏造成的產(chǎn)品污染。

　　▲圖4：裝配/控制站和固定裝置的自動化程度正在提高。工作站的個性化調(diào)整有助于工作，增加運(yùn)行人員的舒適度，降低受傷風(fēng)險，同時在組裝過程中保護(hù)材料和其它設(shè)備。

　　7 定制化解決方案

　　在現(xiàn)有技術(shù)范圍不斷擴(kuò)大的同時，應(yīng)用的多樣性也推動了對定制化解決方案的需求。設(shè)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品進(jìn)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(shè)計。具有最廣泛產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)商，最有可能改變標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線或擁有從頭開始設(shè)計的專業(yè)知識。他們增加標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備新設(shè)計的另一個顯著優(yōu)勢。這種設(shè)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(shè)計減少了對系統(tǒng)較大部件的重新設(shè)計需求，如液壓總管/閥門的重新設(shè)計、管道或軟管路線。

　　為了準(zhǔn)確計算投資回報率，并對原始設(shè)備制造商(OEM)和最終用戶的定制項目進(jìn)行正確的攤銷，設(shè)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(yùn)營成本和潛在生產(chǎn)力。同樣，決策應(yīng)考慮集成最新技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)代的電動執(zhí)行器更強(qiáng)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(yùn)自動化和業(yè)務(wù)提升。

　　關(guān)鍵概念：

　　■ 了解電動線性執(zhí)行器相對于液壓和氣動執(zhí)行器的優(yōu)勢。

　　■ 了解實現(xiàn)物料搬運(yùn)自動化時需要考慮的最重要的因素。

　　思考一下：

　　在您的工廠運(yùn)營中，如何使用自動化來優(yōu)化物料搬運(yùn)過程?