電動推桿將物料處理提升到新的高度。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型將自動化范圍擴展到更多軸，電動線性執(zhí)行器可以處理越來越重的負載，越來越多的物料搬運系統(tǒng)設計人員正在將液壓和氣動運動控制轉(zhuǎn)換為電動控制，尤其是在新項目中。線性推桿供應商正在通過創(chuàng)新來應對，這些創(chuàng)新擴大了物料搬運自動化在負載管理、尺寸、智能、耐用性、能源效率、安全性和人體工程學方面的范圍。

物料搬運自動化的范圍

電動推桿越來越多地為物料搬運自動化提供復雜、先進的功能。無論是輸送和運輸?shù)耐鈬鷥?nèi)部物流，還是對喂料和灌裝等生產(chǎn)過程的支持，物料搬運對于工業(yè)運營越來越重要。（圖1）

例如，在裝配操作中，線性致動器可能會輸送材料，操縱它們以優(yōu)化對工作表面的訪問或?qū)⑽矬w從一個輸送機轉(zhuǎn)移到另一個輸送機。再舉一個例子，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縮短時間。

電動執(zhí)行器還可以擴大可控工作半徑，將材料運送到加工處或遠離加工處。它們可能支持叉車、自動導引車 (AGV)、伸縮式升降裝置或高架輸送機上的運動。

影響工業(yè)運動的因素

自動化物料搬運運動序列需要仔細考慮以下因素：

• 物理特性。物料搬運自動化開發(fā)人員必須考慮沿工廠或輸送機系統(tǒng)移動的包裝的形狀、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)。物料搬運設備設計人員必須考慮房間布局、機器尺寸限制和可用自由度等參數(shù)。

• 運動參數(shù)。與大多數(shù)運動控制應用一樣，物料搬運應用會考慮有效負載的重量和慣性，這是由循環(huán)時間內(nèi)的速度和加速度以及所需的精度決定的。

物料搬運應用可能還需要特別注意運動學因素，例如漂移、超調(diào)、穩(wěn)定時間和互換性，特別是驅(qū)動器、動力傳輸系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)和軸承。摩擦會導致軸承間隙、位置測量系統(tǒng)分辨率差、結(jié)構(gòu)靜態(tài)變形。動態(tài)靈活性會導致神經(jīng)弱點，從而導致錯誤和失敗。設備設計人員必須在維護、安全性和耐用性的范圍內(nèi)解決所有這些因素。

物料搬運電氣化資質(zhì)

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

重負載處理  - 電動執(zhí)行器現(xiàn)在可以處理高達 25 kN 的重負載，而這些負載以前只能由液壓缸或氣動缸來處理。這些改進在很大程度上歸功于部件材料的改進和滾珠絲杠技術(shù)的進步，例如滾珠軸承的實施。

更長的行程長度 - 電動線性執(zhí)行器現(xiàn)在還能夠?qū)崿F(xiàn)更長的行程，解決以前液壓和氣動占主導地位的應用。電動線性執(zhí)行器以前僅限于 300 或 400 毫米，現(xiàn)在跨度可達 1.2 米。

緊湊性——執(zhí)行器通常設計在有限的空間內(nèi)。例如，在包裝線上，進料和切割系統(tǒng)可能會與其他單元競爭空間。在 AGV 或叉車上，空間始終非常寶貴，執(zhí)行器尺寸也會影響能源使用。外殼大小如護照的執(zhí)行器現(xiàn)在可以承受高達 2000 N（450 磅）的負載，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。

這種緊湊性和簡單性是與液壓和氣動技術(shù)的主要區(qū)別，后者需要強大的設備基礎設施，例如泵、軟管、閥門、儲液器和壓縮機。電動執(zhí)行器只需插入電源并連接到網(wǎng)絡即可。PLC 的集成可以更高效、無縫地控制電動執(zhí)行器，從而減少停機時間、提高生產(chǎn)率并節(jié)省成本。

智能- 電動直線執(zhí)行器現(xiàn)配備模塊化板載控制裝置，可實現(xiàn)簡單的開關(guān)、低電平開關(guān)、位置反饋和 CAN 總線網(wǎng)絡集成。它們可以實時監(jiān)視和控制、診斷、讀取位置和操作統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并進行動態(tài)微調(diào)。（圖2）

隨著工廠變得更加數(shù)字化，設計師將把材料處理能力集成到越來越復雜的操作中。負載將更加智能地移動，從而實現(xiàn)編程的運動序列、系統(tǒng)的遠程操作以及多個執(zhí)行器之間的同步。

圖 2. 將板載電子設備集成到電動執(zhí)行器中，可以將以前外部的增強控制功能（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程網(wǎng)絡之間通信的補充軟件結(jié)合在一起。

使用壽命長- 物料搬運應用通常在“一勞永逸”的應用中全天候 (24/7) 運行。生產(chǎn)線應用（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、叉車和其他移動設備可以部署在這些應用中，并且通常使用電池運行。（圖 3）在戶外或危險環(huán)境中使用且容易受到濕氣和灰塵侵入的設備也需要較長的使用壽命。

圖 3. 對于無人參與的 AGV，通過無線電、WiFi、衛(wèi)星和其他通信進行遠程控制至關(guān)重要。除了遠程優(yōu)勢之外，電動執(zhí)行器還憑借堅固的設計減少了維護和環(huán)境問題。這種一體化執(zhí)行器套件使 AGV 能夠在更大的區(qū)域內(nèi)移動貨物，無論條件多么苛刻。

使用無刷電機的線性執(zhí)行器可實現(xiàn) 100% 的占空比和長達 600 公里（375 英里）的免維護壽命。與幾乎需要持續(xù)維護的液壓和氣動技術(shù)相比，這種長壽命是一個主要優(yōu)勢。

此外，潤滑技術(shù)已經(jīng)先進到一些執(zhí)行器在工廠進行終身潤滑。并且遵守 IP65、IP66 和 IP69K 的 IP 標準可防止顆粒、濕氣和其他可能縮短壽命的侵入。

安全和人體工程學 - 物料搬運設備不斷將人類置于危險之中。例如，斷電的機器下降負載的速度可能比人類擺脫障礙的速度還要快。重復的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)。

電動線性執(zhí)行器通過機電和靜態(tài)保持制動器在這些情況下提供幫助，這些制動器可以在應用斷電時將負載保持在適當?shù)奈恢谩Ｋ鼈冞€可以通過升高、降低或傾斜工作臺至舒適、更符合人體工程學的角度來使工作更加安全。

自動揀選有助于避免較長的進料路線，并盡可能將操作人員從機器的工作周期中解放出來，從而將人體工程學和安全性放在首位。（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/控制站和固定設備的自動化程度不斷提高。工作站的個性化調(diào)整有助于工作，提高操作員舒適度并降低受傷風險，同時在裝配過程中保護材料和其他設備。 

定制以獲得競爭優(yōu)勢——雖然可用技術(shù)的范圍不斷擴大，但應用程序的多樣性也推動了對定制解決方案的需求。設計人員越來越需要組件和系統(tǒng)來滿足獨特的需求。通常，制造商可以通過對標準產(chǎn)品進行微小修改來滿足這些需求，但有時他們可能必須從頭開始設計一些東西。提供最廣泛產(chǎn)品的執(zhí)行器供應商最有可能采用標準產(chǎn)品線或擁有從頭開始設計產(chǎn)品的專業(yè)知識。他們的靈活性和增強標準產(chǎn)品的意愿也是一個因素。

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

回報是什么？

為了為 OEM 和最終用戶的定制項目計算最準確的投資回報率和正確的攤銷，設計人員必須在整個產(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(shù)（例如車載電子設備）的好處，這有助于提高 OEM 的競爭力并為最終用戶帶來好處。

電動推桿是連接新興數(shù)字世界和物理世界的關(guān)鍵技術(shù)。直到最近，這個差距還太大而無法跨越。但現(xiàn)在電動執(zhí)行器更強大、更智能、更便宜，這個鴻溝不再那么令人畏懼。電氣化正在開創(chuàng)一個新的效率時代，這將有助于實現(xiàn)更好的自動化、改善物料搬運并最終改善業(yè)務。