Do ponto de vista tradicional, cilindros e atuadores elétricos sempre foram considerados produtos de automação pertencentes a dois campos completamente diferentes, mas nos últimos anos, com a melhoria contínua do grau de eletrificação, os atuadores elétricos estão lentamente imersos no campo da pneumática . As aplicações são competitivas e complementares. Nesta coluna, compararemos as vantagens dos cilindros e atuadores elétricos em termos de desempenho técnico, custos de compra e aplicação, eficiência energética, aplicações e condições de mercado.
Desempenho técnico
Como todos sabemos, comparados aos atuadores elétricos, os cilindros podem funcionar de forma confiável em condições adversas, são simples de operar e basicamente não precisam de manutenção-. O cilindro é bom em movimento linear alternativo, especialmente adequado para a maioria dos requisitos de transporte em automação industrial - manuseio linear de peças de trabalho. Além disso, o controle de velocidade estável pode ser facilmente alcançado simplesmente ajustando as válvulas de aceleração unidirecionais instaladas em ambos os lados do cilindro, que se tornou o maior recurso e vantagem do sistema de acionamento do cilindro. Portanto, para usuários que não possuem requisitos de posicionamento multi-ponto, a maioria deles prefere usar cilindros pela perspectiva de facilidade de uso. Atualmente, a maioria das aplicações de atuadores elétricos usados em campos industriais requerem posicionamento multi-ponto de alta-precisão. Isso ocorre porque é difícil conseguir com cilindros de ar e o resultado é o segundo melhor.
O atuador elétrico é usado principalmente para condições de rotação e oscilação. Suas vantagens são tempo de resposta rápido e controle preciso de velocidade, posição e torque através de um sistema de feedback. No entanto, quando o movimento linear precisa ser concluído, ele precisa ser convertido por meio de dispositivos mecânicos, como correias dentadas ou hastes de parafuso. Portanto, a estrutura é relativamente complexa e o conhecimento profissional do ambiente de trabalho e do pessoal de operação e manutenção é relativamente alto.
Vantagem
(1) Os requisitos para os usuários são baixos. O princípio e a estrutura do cilindro são simples, fáceis de instalar e manter, e os requisitos para os usuários não são altos. O cilindro elétrico é diferente, os engenheiros devem ter certos conhecimentos elétricos, caso contrário, é muito provável que seja danificado devido a uma operação incorreta.
(2) A força de saída é grande. A força de saída do cilindro é proporcional ao quadrado do diâmetro do cilindro; enquanto a força de saída do cilindro elétrico está relacionada a três fatores, o diâmetro do cilindro, a potência do motor e o passo do parafuso de avanço. Quanto maior o diâmetro e a potência do cilindro, e quanto menor o passo, maior a força de saída. Um cilindro com um diâmetro de cilindro de 50mm pode teoricamente produzir uma força de até 2000N. Para cilindros elétricos com o mesmo diâmetro de cilindro, embora os produtos de diferentes empresas sejam diferentes, eles basicamente não excedem 1000N. Obviamente, o cilindro tem mais vantagens em termos de força de saída.
(3) Forte adaptabilidade. O cilindro pode funcionar normalmente em ambientes de alta temperatura e baixa temperatura e tem a capacidade de ser à prova de poeira e à prova d'água e pode se adaptar a vários ambientes agressivos. O cilindro elétrico tem altas exigências ambientais e baixa adaptabilidade devido ao grande número de componentes elétricos.
As vantagens do cilindro elétrico se refletem principalmente nos três aspectos a seguir:
(1) A composição do sistema é muito simples. Como o motor geralmente é integrado ao bloco de cilindros, mais o controlador e os cabos, todo o sistema do cilindro elétrico é composto por essas três partes, que é simples e compacta.
(2) The number of stopping positions is large and the control accuracy is high. Generally, electric cylinders are divided into low-end and high-end. The stop positions of low-end products are 3, 5, 16, 64, etc., which vary according to different companies; high-end products can reach hundreds or even thousands of positions. . In terms of accuracy, the electric cylinder also has absolute advantages, and the positioning accuracy can reach ¡ 0.05mm, so it is often used in precision industries such as electronics and semiconductors.
(3) Forte flexibilidade. Não há dúvida de que a flexibilidade do cilindro elétrico é muito mais forte do que a do cilindro. Como o controlador pode ser conectado diretamente ao PLC, ele pode controlar com precisão a velocidade de rotação, o posicionamento e a rotação para frente e para trás do motor. Até certo ponto, o cilindro elétrico pode se mover à vontade de acordo com as necessidades; devido à compressibilidade do gás e à inércia, mesmo que a coordenação entre a válvula de reversão e a chave magnética seja boa, o posicionamento preciso do cilindro não pode ser alcançado e a flexibilidade está fora de questão.
Em termos de desempenho técnico, acredito que a elétrica e a pneumática têm suas próprias vantagens. Em primeiro lugar, as vantagens dos atuadores elétricos incluem principalmente:
(1) Estrutura compacta e tamanho pequeno. Comparados com os atuadores pneumáticos, os atuadores elétricos são relativamente simples em estrutura. Um sistema eletrônico básico inclui atuadores, chaves DPDT de três-posições, fusíveis e alguns fios, que são fáceis de montar.
(2) A fonte de acionamento do atuador elétrico é muito flexível. Geralmente, a fonte de alimentação-a bordo pode atender às necessidades, enquanto o atuador pneumático precisa de uma fonte de ar e um dispositivo de acionamento de compressão.
(3) Electric actuators have no danger of "air leakage" and are highly reliable, while the compressibility of air makes pneumatic actuators slightly less stable.
(4) Não há necessidade de instalar e manter várias tubulações pneumáticas.
(5) A carga pode ser mantida sem energia, enquanto o atuador pneumático requer uma alimentação de pressão contínua.
(6) O atuador elétrico é mais silencioso porque não é necessário nenhum dispositivo de pressão adicional. Normalmente, se o atuador pneumático estiver sob carga pesada, um silenciador deve ser instalado.
(7) Atuadores elétricos são superiores em precisão de controle.
(8) Em dispositivos pneumáticos, geralmente é necessário converter sinais elétricos em sinais de gás e depois em sinais elétricos. A velocidade de transmissão é lenta e não é adequada para circuitos complexos com muitos componentes.
As vantagens do cilindro estão nos quatro aspectos a seguir:
(1) A carga é grande e pode ser adaptada à aplicação de alto torque de saída (no entanto, o atuador elétrico atual atingiu gradualmente o nível de carga pneumática atual).
(2) Ação rápida e resposta rápida.
(3) Boa adaptabilidade ao ambiente de trabalho, especialmente em ambientes de trabalho agressivos, como inflamáveis, explosivos, empoeirados, magnetismo forte, radiação e vibração, é superior ao controle hidráulico, eletrônico e elétrico.
(4) O motor é facilmente danificado quando o curso é bloqueado ou a haste da válvula é amarrada.
Compre e aplique a comparação de custos
De um modo geral, os servoacionamentos elétricos são mais caros que os servoacionamentos pneumáticos, mas também dependem de requisitos e ocasiões específicos. Alguns motores CC de baixa-potência formam um slide elétrico (sistema servo elétrico) que é realmente mais barato que um sistema servo pneumático.
For example: when the load is 1.5kg, the working stroke is 80mm, the speed is between 2170mm/s, and the accuracy is ¡ 0.1mm, acceleration 2.5m/s2 and other working conditions, FESTO company adopts electric servo system composed of small electric sliding table, controller, motor cable, control cable, programming cable and power cable, etc., its price is higher than pneumatic servo system. 25 percent cheaper. The same is true for electric cylinders with piston rod. It should be noted that if an AC motor is used, the price of the formed electric servo system is about 40 percent higher than that of the pneumatic servo system.
Do ponto de vista dos custos de aquisição e aplicação, o cilindro atual ainda apresenta vantagens óbvias. Para o sistema pneumático, o sistema de controle e o atuador são muito simples. Cada cilindro só precisa ser equipado com uma válvula solenóide para completar a comutação do circuito de gás e realizar o controle de movimento. A probabilidade de falha do cilindro é relativamente pequena, a manutenção é simples e conveniente e o custo também baixo.
Para atuadores elétricos, embora a aquisição de energia elétrica seja relativamente simples e o custo energético seja baixo, os custos de aquisição e aplicação são relativamente altos. Ao mesmo tempo, o uso de atuadores elétricos requer muitas medidas de proteção. Conexões de circuito erradas, flutuações de tensão e sobrecarga da carga causarão danos ao acionamento elétrico. Portanto, é necessário instalar um sistema de proteção no circuito e nas máquinas, o que aumenta muito os gastos extras. Além disso, como a unidade de acionamento do atuador elétrico possui muitas configurações parametrizadas e alta integração, uma vez que falha, todo o componente precisa ser substituído. E quando a força motriz exigida pelo sistema aumenta, um conjunto completo de componentes de substituição também pode ser obtido. Portanto, pode-se ver a partir de uma comparação abrangente que o cilindro tem uma vantagem maior em termos de custos de compra e manutenção.
Comparação de Eficiência Energética
Os resultados do nosso estudo mostram que no movimento alternativo horizontal com um período alternativo curto (menos de 1 min), o consumo de energia operacional do atuador elétrico é geralmente menor que o do cilindro, ou seja, é mais eficiente energeticamente. Quando o período alternativo é mais longo (maior que 1 min), o cilindro se torna mais eficiente em-energia. Isso ocorre primeiro porque o controlador do atuador elétrico costuma consumir cerca de 10W de energia elétrica quando o terminal para, enquanto o cilindro só consome eletricidade da válvula solenoide e o vazamento de gás, que geralmente é inferior a 1W, ou seja, quanto mais tempo o terminal para. , melhor para o cilindro; Em segundo lugar, a eficiência nominal do motor sob a condição de rotação contínua pode chegar a mais de 90 por cento, mas a eficiência média sob a condição de aceleração e desaceleração em forma de mesa- no movimento linear alternativo (conversão de parafuso) é menor do que 50 por cento. Durante o movimento alternativo vertical, a ação de fixação da peça de trabalho requer o fornecimento contínuo de corrente ao atuador elétrico para vencer a gravidade, e o cilindro precisa apenas fechar a válvula solenoide, que consome menos eletrodo. Portanto, a vantagem de consumo de energia do atuador elétrico em comparação com o cilindro não é muito grande durante o movimento alternativo vertical.
Pode-se observar pelo exposto que a eficiência do próprio motor é muito alta, mas considerando sua queda de eficiência e o consumo de energia do controlador no movimento linear alternativo, o atuador elétrico pode não necessariamente ter mais energia- eficiente do que o cilindro, e a comparação específica depende das condições reais de trabalho, ou seja, a direção de instalação, ciclo de movimento alternativo e taxa de carga, etc.
Comparação de aplicativos
Pneumatic and electric systems are not mutually exclusive. Rather, it's just a matter of asking for something different. The advantages of pneumatic drives are obvious. When faced with harsh environmental conditions such as dust, grease, water or cleaning agents, pneumatic drives are more suitable for harsh environments and are very durable. Pneumatic drives are easy to install, provide typical gripping functions, are inexpensive and easy to operate.
Acionamentos elétricos com servomotores oferecem vantagens em situações em que as forças aumentam rapidamente e é necessário um posicionamento preciso. Os acionamentos elétricos são a melhor escolha para aplicações que exigem operação precisa e síncrona, programação de posicionamento ajustável e especificada. Os sistemas de acionamento elétrico que consistem em servomotores ou motores de passo com controladores de posicionamento de circuito fechado-podem complementar as deficiências dos sistemas pneumáticos. Lugar, colocar.
Do ponto de vista da tecnologia e custo de uso, o cilindro tem vantagens óbvias, mas qual tecnologia deve ser usada para controle de acionamento em uso real deve ser considerada de forma abrangente por vários fatores. Vários sistemas de controle moderno estão se tornando cada vez mais complexos e sofisticados, e não é apenas uma determinada tecnologia de controle de acionamento que pode satisfazer as várias funções de controle do sistema. O cilindro pode simplesmente realizar movimento circulatório linear rápido, estrutura simples, manutenção conveniente e pode ser usado em vários ambientes de trabalho difíceis, como requisitos à prova de explosão-, condições de trabalho empoeiradas ou úmidas.
Atuadores elétricos são usados principalmente em aplicações que requerem controle preciso. Agora, os requisitos de flexibilidade em equipamentos de automação estão melhorando constantemente. Muitas vezes, o mesmo equipamento é necessário para atender às necessidades de processamento de peças de diferentes tamanhos. O atuador precisa realizar o controle de posicionamento multi-ponto e o atuador precisa ser controlado. A velocidade de funcionamento e o torque podem ser controlados com precisão ou rastreados de forma síncrona, o que não pode ser alcançado pelo controle pneumático tradicional, e os atuadores elétricos podem facilmente obter esse controle. Pode-se ver que o cilindro é mais adequado para controle de movimento simples, enquanto o atuador elétrico é usado principalmente para controle de movimento preciso.
comparação da situação do mercado
Os sistemas acionados por cilindros- ganharam popularidade rapidamente na automação industrial desde a década de 1970. Hoje, o cilindro tornou-se o principal atuador para manuseio PTP (PointToPoint) no campo da produção industrial em casa e no exterior, e o tamanho do mercado de componentes pneumáticos centrados no sistema de acionamento do cilindro atingiu uma escala de 11 bilhões de dólares.
Desde a década de 1990, o rápido desenvolvimento dos motores e sua tecnologia de controle microeletrônico tornou possível a aplicação de atuadores elétricos na automação industrial. Além disso, a ascensão da indústria de semicondutores promoveu diretamente a expansão da aplicação de atuadores elétricos que podem realizar posicionamento multi-ponto de alta-precisão no campo industrial.
No final da década de 1990, o Japão e outros grandes países industrializados chegaram a pensar que os atuadores elétricos estavam prestes a substituir os cilindros de ar e que os cilindros de ar se retirariam do palco da história. Como geralmente se acredita que a eficiência de conversão de energia do motor no atuador elétrico é alta e a eficiência de conversão de energia do cilindro é baixa, os produtos ineficientes serão eliminados. No entanto, dez anos depois, os atuadores elétricos não foram popularizados em locais industriais e seu tamanho de mercado ainda está muito atrás do pneumático. Além disso, tanto nos países industrialmente desenvolvidos quanto nos países recém-industrializados, como a China, as vendas de cilindros não só não diminuíram, mas também vêm crescendo de forma constante. Na China, a taxa de crescimento anual das vendas de cilindros foi mantida em mais de 20% nos últimos anos.
Caso seja necessário avaliar científica e objetivamente os dois, deve-se adotar o método LifeCycleAssesment, e comparar os indicadores abrangentes das três etapas de fabricação, uso e descarte. Indicadores específicos incluem custo, consumo de energia e carga sobre o meio ambiente (principalmente emissões, etc.). Por exemplo, o custo, os atuadores elétricos têm vantagens no custo de consumo de energia operacional (fase de uso), mas o custo de manutenção (fase de uso) e custo de aquisição (fase de fabricação) são muito maiores que os cilindros, a comparação deste índice deve ser baseada na soma de todos os custos.
Em termos de custo total, nossas descobertas mostram que os cilindros de ar têm certas vantagens na maioria das aplicações industriais.
Com base na análise acima, devemos ver que o cilindro e o atuador elétrico possuem características próprias, e suas vantagens e desvantagens não podem ser avaliadas simplesmente pelo nível de eficiência. Com o desenvolvimento da tecnologia elétrica, o custo dos atuadores elétricos será ainda mais reduzido e espera-se que seus campos de aplicação sejam ainda mais expandidos, mas não é realista substituir completamente os cilindros por auto{0}}escorvantes e não{{1 }}entupindo bombas de esgoto.
From the perspective of the market form, it has been mentioned earlier that if the electric cylinder is produced with reference to the shape and installation connection dimensions of the cylinder from the beginning, it is a good start. For rodless cylinders and pneumatic slides that do not have ISO standards at present, the corresponding shapes and installation connection dimensions are also adopted. This convenient measure can eliminate unnecessary competition between pneumatic drives and electric drives in terms of installation, addition or replacement. . FESTO's electric drive products include more than 300 freely combinable handling modules and multi-axis systems. At Festo, electric drives are not a competitor to pneumatic drives, but a perfect complement to the performance of pneumatic drives. Electric drives are characterized by precision and flexibility. Electric drives are the ideal solution for non-clogging self-priming sewage pumps in applications where forces are rapidly dissipated and precise positioning is required.
Portanto, o desenvolvimento de cilindros e atuadores elétricos deve estar em um estado muito benigno e complementar no futuro, e certamente se desenvolverá de acordo com as leis naturais do desenvolvimento científico dessas duas tecnologias.
