圖片來源：Thomson Industries

　　電動執行器正在幫助連接新興的數字世界和物理世界。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行器應用的最新趨勢。

　　電動線性執行器的應用有助于將材料搬運應用提升到新的高度。隨著數字化轉型將自動化范圍擴展到更多軸，以及電動線性執行器可處理更重的負載，越來越多的物料搬運系統設計師正在將液壓和氣動運動控制轉換為電動，尤其是在新項目中。線性執行器供應商正在不斷創新，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

　　現在，電動線性執行器正為物料搬運自動化提供更復雜和更先進的功能。無論是輸送外圍內部物流，還是支持給料和灌裝等生產過程，物料處理對工業運營的重要性日益凸顯。

　　例如，在裝備操作中，線性執行器可能負責進給材料，控制它們以優化對工作面的訪問，或將物料從一個輸送機轉移到另一個輸送機。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人員必須考慮在工廠或輸送系統上移動的包裹的形狀、重量、尺寸、位置和方向穩定性。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。

　　■ 環境參數：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。

　　■ 運動控制參數：與大多數運動控制應用一樣，物料搬運應用也要考慮有效載荷的重量和慣性，這取決于循環時間內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、穩定時間和互換性，尤其要注意驅動器、動力傳輸系統、位置測量系統和軸承。摩擦也會導致軸承間隙、位置測量系統分辨率差和結構靜態變形。此外，動態靈活性也會帶來系統的脆弱，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 電動線性執行器在物料搬運中的應用趨勢

　　電動線性執行器在物料搬運中已應用多年。在此期間，電動線性執行器取得了許多進步，為支持新的工業操作進行了優化。這些進展包括：

　　1 重載搬運

　　現在，電動執行器可以處理高達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

　　現在，電動線性執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，電動線性執行器每次的行程被限制在300或400毫米，而現在可以超過1.2米。

　　3 緊湊型設計

　　執行器通常設計在密閉空間內。例如，在包裝線上，進給和切割系統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，執行器的尺寸也會影響能源的利用。現在，外殼只有護照大小的執行器可以處理高達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。電動執行器只需插入電源并連接到網絡。將可編程邏輯控制器(PLC)與電動執行器集成，即可實現更高效、無縫的控制，從而減少停機時間，提高生產力并節約成本。

　　4 智能化和網絡集成

　　現在，電動線性執行器可提供模塊化的板載控制，實現簡單的開關、低電平開關、位置反饋和CAN總線網絡集成。它們可以實時監測和控制、診斷、讀取位置和運營統計數據，并在運行中進行微調(圖2)。隨著工廠的數字化程度越來越高，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，實現編程運動、遠程操作系統和多個執行器之間的同步。

　　▲圖2：將車載電子設備集成到電動執行器中，可以增強以前由外部實現的控制功能，如開關、位置反饋和系統診斷，直接集成到執行器中。

　　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。生產線應用，例如將物品從一個傳送帶轉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。

　　▲圖3：對于無人參與的AGV，通過無線電、Wi-Fi、衛星和其它通信實現遠程控制至關重要。除了遠程優勢外，電動執行器還采用了堅固的設計，減少了維護和環境問題。

　　使用無刷電機的線性執行器，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勢，后者需要持續維護。此外，潤滑技術的發展已經實現一些執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行器壽命的物質進入。

　　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。

　　在這種情況下，電動線性執行器通過機電和靜態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。工作站的個性化調整有助于工作，增加運行人員的舒適度，降低受傷風險，同時在組裝過程中保護材料和其它設備。

　　7 定制化解決方案

　　在現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滿足獨特需求。制造商通常只需對標準產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。具有最廣泛產品的執行機構供應商，最有可能改變標準生產線或擁有從頭開始設計的專業知識。他們增加標準產品的靈活性和意愿也是一個因素。

　　定制化能力是大多數電氣化設備新設計的另一個顯著優勢。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品生命周期的背景下做出采購決策，包括生產成本、持續運營成本和潛在生產力。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。

　　電動執行器是連接新興數字世界和物理世界的關鍵技術。現代的電動執行器更強大、更智能，價格也更實惠。電氣化正迎來一個高效率的新時代，這將有助于實現更高效的物料搬運自動化和業務提升。

　　關鍵概念：

　　■ 了解電動線性執行器相對于液壓和氣動執行器的優勢。

　　■ 了解實現物料搬運自動化時需要考慮的最重要的因素。

　　思考一下：

　　在您的工廠運營中，如何使用自動化來優化物料搬運過程?