在您的系统设计中使用气动或电动执行机构更好,还是购买具有一种或另一种执行机构的设备,这个问题本身并不容易回答。就像生活中的许多决定一样,这个问题的答案通常是这样开始的:“嗯,这取决于……”
如果说有什么显著的性能差异的话,那就是电动执行器以其高水平的精度而闻名。虽然这并不是说气动执行器不能提供非常精确的运动。同样,这里的问题是您真正需要的精度是多少。
有关此问题的帮助,我们提到了Bob Kral在BIMBA制造公司,气动,电动和液压执行器供应商的信息。
据Kral介绍,气动或电动执行机构的选择涉及性能、组件成本、系统成本和生产率收益的评估。这两种技术是如此不同,以致于其中一种不能取代另一种。每一种都有其固有的优点和缺点。
气动执行器的外壳
气动执行器在小占地面积中以低单位成本提供高力和速度。事实上,气动气缸每单位尺寸提供比除液压除外的任何其他执行器技术的力量和速度。气动执行器上的力和速度很容易调节,彼此独立。
当部署规模匹配压缩机的容量时,气动执行器是最经济的。当用于为少量气动设备供电时,小型压缩机是高效且经济的。当为大量气动设备供电时,大型压缩机是高效且经济的。
不可修理的杆式气缸的价格从15美元到250美元不等,取决于阀体直径、冲程和选项。
虽然气动组件的成本很低,但维护和运行成本可能很高,特别是如果没有做出认真的努力来量化和最小化成本。维护和运行费用包括更换气缸的费用,空气管路的安装和维护,以及压缩机的电费。根据美国能源部的数据,每年压缩空气费用的24%来自维护、设备和安装费用,而76%直接来自压缩机的电力成本。
在一个设施中,每个气动设备的运行成本的确定可能是令人大开眼界的,特别是如果成本计算没有进行一段时间,且操作规模已经缩小。如果有500个气动设备使用压缩机,每个设备的平均成本可能是每年100美元;但如果只有50台设备,那么每台设备的成本将增加10倍,达到1000美元。
电动执行器的外壳
与气动相比,电动执行机构提供精确的控制和定位,帮助机器适应灵活的过程,并具有低的运行成本。当在工艺过程中以适度规模部署时,它们的性能优势可以发挥作用,并且当电子元件与执行器分离并将更换成本降至最低时,它们是最经济的。
电动执行机构由通过耦合器连接到电动马达的滚珠、梯形或滚柱螺杆组成。当螺杆转动时,它带动与拉杆或导轨相连的活塞。杆或马车移动负载。性能因所用材料而异。
用于电动执行器的常用电机包括步进者和伺服器。刷子直流电机和交流电机有时与限位开关一起使用,当定位精度不太关键时。步进电机是以较低速度准确定位的经济选择。然而,当没有编码器的开环时,脚步机可能会与控制器丢失同步,或者为应用程序窃取它们。根据定义,伺服伺服圈是闭环,并以高速提供卓越的性能,尽管成本更高。高精度螺钉和防齿齿力学可以为十分千分之一英寸提供精度。标准组件的标准精度范围从几百千分之几英寸。
电动执行器的组件包括将电机旋转转换为线速度和推力的机械执行器、电机、为电机提供动力的电子驱动器或放大器,以及控制运动的控制器。这些组件的总成本从800美元到3000美元不等。
电动执行器的运行成本很大程度上取决于电机功率消耗。控制器和驱动器的低压电路消耗的电力要少得多。
虽然电动执行器的元件成本很高,但运营成本低。高分成本往往阻碍了电动执行器的使用,因为与气动学相比的运营成本节省通常不会被充分考虑或彻底忽略。
成本比较
为了更好地比较气动和电子执行器之间的实际成本,考虑以下例子:手动转换(将生产线调整到不同的产品)可能会造成巨大的生产损失和实施更改所需的工时。在一年的过程中,如果每周需要更换一次,并且每次更换需要两个人工作四小时,每小时50美元,那么每年的工时成本为20,800美元。如果每分钟生产一个产品,每个产品的价值是10美元,那么损失的生产成本为12.48万美元。每年转移费用总额为145 600美元。由于电动执行机构可以大幅降低转换成本(主要是由于它们可以保留条件设置),因此每年与转换相关的成本节约必须作为实施决策的一部分考虑。