La diferencia entre cilindros

Tradicionalmente, los cilindros y los actuadores eléctricos se han considerado productos de automatización pertenecientes a dos campos completamente diferentes. Sin embargo, en los últimos años, con la mejora continua de la electrificación, los actuadores eléctricos se han sumergido lentamente en el campo neumático y sus aplicaciones son ambas competitivas. y Hay complementariedad. Esta columna comparará las ventajas de los cilindros neumáticos y los actuadores eléctricos (1) desde varios aspectos, como el rendimiento técnico, los costos de compra y aplicación, la eficiencia energética, las condiciones de aplicación, las condiciones del mercado, etc., y tiene requisitos más bajos para los usuarios. El principio y la estructura del cilindro son simples, fáciles de instalar y mantener y tienen pocos requisitos para los usuarios. El cilindro eléctrico es diferente. Los ingenieros deben tener ciertos conocimientos eléctricos, de lo contrario es muy probable que se dañe debido a un mal funcionamiento. (2) Alta potencia de salida. La fuerza de salida del cilindro es proporcional al cuadrado del diámetro del cilindro; la fuerza de salida del cilindro eléctrico está relacionada con tres factores: diámetro del cilindro, potencia del motor y paso. Cuanto mayor sea el diámetro y la potencia del cilindro, menor será el paso y mayor será la fuerza de salida. La salida teórica de un cilindro con un diámetro de 50 mm es 2000 N N. Para un cilindro eléctrico con el mismo diámetro, aunque los productos de diferentes empresas son diferentes, la salida básicamente no excede los 1000 N N. Obviamente, el cilindro tiene una ventaja en fuerza de salida. (3) Fuerte adaptabilidad. El cilindro puede funcionar normalmente en entornos de alta y baja temperatura, es resistente al polvo y al agua y puede adaptarse a diversos entornos hostiles. Sin embargo, debido a la gran cantidad de componentes eléctricos, los cilindros eléctricos tienen altos requisitos medioambientales y poca adaptabilidad. Las ventajas de los cilindros eléctricos se reflejan principalmente en los tres aspectos siguientes: (1) La estructura del sistema es muy simple. Debido a que el motor suele estar integrado con el cilindro, más el controlador y los cables, todo el sistema del cilindro eléctrico se compone de estas tres partes, lo cual es simple y compacto. (2) El número de posiciones de parada es grande y la precisión del control es alta. Generalmente existen baterías de gama baja y alta, y las posiciones de estacionamiento para productos de gama baja son 3, 5, 16, 64, etc. , que varía según las diferentes empresas; los productos de alta gama pueden alcanzar cientos o incluso miles de posiciones. En términos de precisión, los cilindros eléctricos también tienen ventajas absolutas. ¿Se puede lograr la precisión del posicionamiento? 0,05 mm, por lo que se utiliza a menudo en industrias de precisión como la electrónica y los semiconductores. (3) Fuerte flexibilidad. No hay duda de que los cilindros eléctricos son mucho más flexibles que los cilindros. Dado que el controlador se puede conectar directamente al PLC, puede controlar con precisión la velocidad, el posicionamiento y la rotación hacia adelante y hacia atrás del motor. Hasta cierto punto, el cilindro eléctrico se puede mover arbitrariamente según sea necesario debido a la compresibilidad del gas. y la inercia generada durante el movimiento, incluso si la válvula de inversión funciona bien con el interruptor magnético, es imposible lograr un posicionamiento preciso del cilindro y es imposible hablar de flexibilidad.

En términos de rendimiento técnico, creo que los eléctricos y neumáticos tienen sus propias ventajas. En primer lugar, las ventajas de los actuadores eléctricos incluyen principalmente: (1) Estructura compacta y tamaño pequeño. En comparación con los actuadores neumáticos, la estructura de los actuadores eléctricos es relativamente simple. Un sistema electrónico básico consta de un actuador, un interruptor DPDT de tres posiciones, un fusible y algunos cables, y es fácil de montar. (2) La fuente de accionamiento del actuador eléctrico es muy flexible y el suministro de energía general del vehículo puede satisfacer las necesidades, mientras que el actuador neumático requiere suministro de aire y un dispositivo de accionamiento por compresión. (3) Los actuadores eléctricos no tienen riesgo de "fugas de aire" y son muy fiables, mientras que la compresibilidad del aire hace que los actuadores neumáticos sean ligeramente menos estables. (4) No es necesario instalar ni mantener varias tuberías neumáticas. (5) La carga se puede mantener sin suministro de energía, mientras que los actuadores neumáticos requieren un suministro de voltaje constante. (6) Los actuadores eléctricos son más silenciosos porque no se requiere ningún dispositivo de presión adicional. Generalmente, si el actuador neumático está sujeto a cargas pesadas, se debe instalar un silenciador. (7) Los actuadores eléctricos son superiores en precisión de control. (8) Los dispositivos neumáticos generalmente necesitan convertir señales eléctricas en señales neumáticas y luego en señales eléctricas. La velocidad de transmisión es lenta y no es adecuada para circuitos complejos con demasiados niveles de componentes.

Las ventajas del cilindro radican en los siguientes cuatro aspectos: (1) Gran carga, que puede adaptarse a aplicaciones con alto par de salida (sin embargo, los actuadores eléctricos actuales han alcanzado gradualmente el nivel de carga neumática actual). (2) Actuar rápidamente y responder rápidamente. (3) Buena adaptabilidad al entorno de trabajo, especialmente en entornos de trabajo hostiles como inflamables, explosivos, polvorientos, magnetismo fuerte, radiación, vibración, etc., que es mejor que los controles hidráulicos, electrónicos y eléctricos. (4) Cuando la carrera está bloqueada o el vástago de la válvula está atascado, el motor se daña fácilmente.

Comparación de costos de compra y aplicación En términos generales, los servoaccionamientos eléctricos son más caros que los servoaccionamientos neumáticos, pero también depende de los requisitos y ocasiones específicos. De hecho, algunos motores de CC de pequeña potencia compuestos por correderas eléctricas (servosistemas eléctricos) son más baratos que los servosistemas neumáticos.

Por ejemplo, la carga es de 1,5 kg, la carrera de trabajo es de 80 mm y la velocidad está entre 2 y 170 mm/s. Cuando las condiciones de trabajo son de 0,1 mm y la aceleración es de 2,5 m/s2, FESTO utiliza un servosistema eléctrico que consta de un pequeño deslizador eléctrico, un controlador, un cable de motor, un cable de control, un cable de programación y un cable de alimentación. Su precio es inferior. el de un servosistema neumático. Lo mismo ocurre con los cilindros eléctricos con vástago. Cabe señalar que si se utiliza un motor de CA, el precio del servosistema eléctrico es aproximadamente un 40% más alto que el del servosistema neumático. Desde la perspectiva de los costes de compra y uso, los cilindros actuales todavía tienen ventajas obvias. Para los sistemas neumáticos, el sistema de control y los actuadores son muy sencillos. Cada cilindro solo necesita estar equipado con una válvula solenoide para cambiar la ruta del aire y controlar el movimiento. La probabilidad de falla del cilindro es relativamente pequeña, el mantenimiento es simple y conveniente y el costo es bajo. Para los actuadores eléctricos, aunque la adquisición de energía eléctrica es relativamente sencilla y el coste energético es bajo, los costes de compra y uso son elevados no sólo se requiere un motor, sino también un conjunto de mecanismos de transmisión mecánica y los correspondientes componentes motrices. Al mismo tiempo, el uso de actuadores eléctricos requiere muchas medidas de protección. El cableado incorrecto del circuito, las fluctuaciones de voltaje y la sobrecarga dañarán el accionamiento eléctrico, por lo que es necesario instalar un sistema de protección en el circuito y la maquinaria, lo que añade muchos costos adicionales. Además, dado que la unidad de accionamiento del actuador eléctrico tiene muchos ajustes de parámetros y está altamente integrada, una vez que ocurre una falla, se debe reemplazar todo el componente. Y cuando la fuerza motriz requerida por el sistema aumenta, sólo se puede lograr reemplazando piezas en juegos. Por tanto, una comparación exhaustiva muestra que los cilindros tienen grandes ventajas en términos de costes de compra y mantenimiento.

Comparación de eficiencia energética Los resultados de nuestra investigación muestran que en el movimiento alternativo horizontal con un ciclo alternativo corto (menos de 1 minuto), el consumo de energía operativa de los actuadores eléctricos suele ser menor que el de los cilindros, es decir, es más ahorro de energía. Pero cuando el ciclo alternativo es más largo (más de 1 minuto), el cilindro realmente ahorra más energía. En primer lugar, el controlador del actuador eléctrico suele consumir alrededor de 10 W de potencia durante la parada terminal, mientras que el cilindro solo tiene consumo de energía de la válvula solenoide y fuga de aire, que generalmente es inferior a 1 W, es decir, cuanto mayor es el tiempo de parada terminal, en segundo lugar, más beneficioso es para el cilindro: cuando el motor gira continuamente, la eficiencia nominal puede alcanzar más del 90%, pero en el caso de la rotación de aceleración y desaceleración del escritorio con movimiento alternativo lineal (conversión de tornillo), la eficiencia promedio es menos del 50%. Durante el movimiento alternativo vertical, la acción de sujeción de la pieza de trabajo requiere un suministro continuo de corriente al actuador eléctrico para vencer la gravedad, mientras que el cilindro solo necesita cerrar la válvula solenoide, consumiendo muy poca energía. Por lo tanto, en el movimiento alternativo vertical, la ventaja del consumo de energía de los actuadores eléctricos no es grande en comparación con los cilindros. Como se puede ver en lo anterior, la eficiencia del motor en sí es muy alta, pero considerando la reducción de su eficiencia y el consumo de energía del controlador durante el movimiento lineal alternativo, el actuador eléctrico no necesariamente ahorra más energía que el cilindro. La comparación específica depende de las condiciones de trabajo reales, es decir, la dirección de instalación, el ciclo alternativo y la tasa de carga.

Comparación de aplicaciones: Los sistemas neumáticos y eléctricos no son mutuamente excluyentes. En su lugar, simplemente haga preguntas diferentes. Las ventajas de los accionamientos neumáticos son obvias. Cuando se enfrentan a condiciones ambientales adversas, como polvo, grasa, agua o detergentes, los accionamientos neumáticos se adaptan mejor a entornos hostiles y son muy duraderos. Los actuadores neumáticos son fáciles de instalar, proporcionan capacidades de agarre típicas, son económicos y fáciles de operar. Los accionamientos eléctricos que utilizan servomotores tienen ventajas cuando las fuerzas aumentan rápidamente y se requiere un posicionamiento preciso. Para aplicaciones que requieren un funcionamiento preciso y sincrónico, programación de posicionamiento ajustable y especificada, los accionamientos eléctricos son la mejor opción. Los sistemas de accionamiento eléctrico compuestos por servomotores o motores paso a paso y controladores de posicionamiento de circuito cerrado pueden complementar las deficiencias de los sistemas neumáticos. Desde la perspectiva de la tecnología y el costo de uso, el cilindro tiene ventajas obvias, pero la elección de la tecnología para el control del accionamiento en el uso real debe considerarse de manera integral a partir de muchos factores. En el control moderno, varios sistemas son cada vez más complejos y sofisticados, y ninguna tecnología de control de accionamiento puede satisfacer las distintas funciones de control del sistema. El cilindro puede realizar fácilmente un movimiento circular lineal rápido, tiene una estructura simple y es fácil de mantener. Puede usarse en diversos entornos de trabajo hostiles, como requisitos a prueba de explosiones, condiciones de trabajo polvorientas o húmedas. Los actuadores eléctricos se utilizan principalmente en aplicaciones que requieren un control preciso. Los equipos de automatización actuales requieren una flexibilidad cada vez mayor. A menudo, el mismo equipo necesita adaptarse a las necesidades de procesamiento de piezas de trabajo de diferentes tamaños. El actuador debe realizar un control de posicionamiento multipunto, y la velocidad de funcionamiento y el par del actuador deben controlarse con precisión o rastrearse sincrónicamente. Nada de esto se puede lograr utilizando controles neumáticos tradicionales, pero los actuadores eléctricos pueden lograr este control fácilmente. Se puede observar que los cilindros son más adecuados para un control de movimiento simple, mientras que los actuadores eléctricos se utilizan principalmente para un control de movimiento preciso.

Comparación de la situación del mercado Desde la década de 1970, los sistemas de accionamiento por cilindro se han vuelto rápidamente populares en el campo de la automatización industrial. Hoy en día, los cilindros se han convertido en el actuador principal para el manejo PTP (PointToPoint) en los campos de producción industrial nacionales y extranjeros. El tamaño del mercado de componentes neumáticos con sistemas de accionamiento de cilindros como núcleo ha alcanzado los 1.100 millones de dólares. Desde la década de 1990, el rápido desarrollo de los motores y su tecnología de control microelectrónico ha hecho posible aplicar actuadores eléctricos en la automatización industrial. Además, el auge de la industria de los semiconductores ha promovido directamente la expansión de la aplicación de actuadores eléctricos en el campo industrial que pueden lograr un posicionamiento multipunto de alta precisión. A finales de la década de 1990, en los principales países industrializados, como Japón, se hablaba incluso de que los actuadores eléctricos sustituirían a los cilindros y que los cilindros desaparecerían del escenario de la historia. Debido a que generalmente se cree que la eficiencia de conversión de energía del motor en el actuador eléctrico es alta y la eficiencia de conversión de energía del cilindro es baja, se eliminarán los productos ineficientes. Sin embargo, diez años después, los actuadores eléctricos no se han popularizado en el campo industrial y su tamaño de mercado aún está muy por detrás del de los actuadores neumáticos. Además, ya sea en los países desarrollados o en los países industriales emergentes como China, las ventas de cilindros de gas no han disminuido, sino que han aumentado constantemente. En China, la tasa de crecimiento anual de las ventas de cilindros se ha mantenido por encima del 20% en los últimos años. Si es necesario evaluarlos científica y objetivamente, se debe adoptar el método de evaluación del ciclo de vida y se deben considerar y comparar los indicadores integrales de las tres etapas de fabricación, uso y eliminación. Los indicadores específicos incluyen costo, consumo de energía y carga ambiental (principalmente emisiones, etc.). Por ejemplo, el costo de los actuadores eléctricos tiene ventajas en términos de consumo de energía operativa (fase de uso), pero costos de mantenimiento (fase de uso) y costos de compra (). etapa de fabricación) es mucho mayor que el de los cilindros, y las comparaciones en este indicador se basan en la suma de todos los costos.

En términos de coste total, nuestros resultados muestran que los cilindros ofrecen ciertas ventajas en la mayoría de aplicaciones industriales. Con base en el análisis anterior, deberíamos ver que los cilindros y actuadores eléctricos tienen sus propias características y sus ventajas y desventajas no pueden evaluarse simplemente por la eficiencia. Con el desarrollo de la tecnología eléctrica, el costo de los actuadores eléctricos se reducirá aún más y se espera que sus campos de aplicación se amplíen aún más. Sin embargo, no es realista reemplazar completamente el cilindro con una bomba de aguas residuales autocebante y que no se obstruya. A juzgar por la situación del mercado, se ha mencionado que sería un buen comienzo producir cilindros eléctricos basándose en la forma y las dimensiones de conexión de instalación del cilindro desde el principio. Sin embargo, para cilindros sin vástago y correderas neumáticas que aún no han alcanzado los estándares ISO, también se adoptan las formas y dimensiones de conexión de instalación correspondientes. Esta cómoda medida evita una competencia innecesaria entre accionamientos neumáticos y eléctricos al instalarlos, añadirlos o sustituirlos. La cartera de accionamientos eléctricos de Festo incluye más de 300 módulos de agarre y sistemas multieje libremente combinables. En Festo, los actuadores eléctricos no compiten con los actuadores neumáticos, sino que complementan perfectamente las prestaciones de los actuadores neumáticos. Los accionamientos eléctricos se caracterizan por su precisión y flexibilidad. Los accionamientos eléctricos son la solución ideal para bombas de aguas residuales autocebantes y sin obstrucciones en aplicaciones donde las fuerzas desaparecen rápidamente y se requiere un posicionamiento preciso. Por lo tanto, el desarrollo futuro de cilindros y actuadores eléctricos debería ser muy benigno, complementario y definitivamente se desarrollará de acuerdo con las leyes de desarrollo científico y natural de estas dos tecnologías.