電動推桿將物料處理提升到新的高度。隨著數字化轉型將自動化范圍擴展到更多軸，電動線性執行器可以處理越來越重的負載，越來越多的物料搬運系統設計人員正在將液壓和氣動運動控制轉換為電動控制，尤其是在新項目中。線性推桿供應商正在通過創新來應對，這些創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。無論是輸送和運輸的外圍內部物流，還是對喂料和灌裝等生產過程的支持，物料搬運對于工業運營越來越重要。（圖1）

例如，在裝配操作中，線性致動器可能會輸送材料，操縱它們以優化對工作表面的訪問或將物體從一個輸送機轉移到另一個輸送機。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人員必須考慮沿工廠或輸送機系統移動的包裝的形狀、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。

• 運動參數。與大多數運動控制應用一樣，物料搬運應用會考慮有效負載的重量和慣性，這是由循環時間內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、穩定時間和互換性，特別是驅動器、動力傳輸系統、位置測量系統和軸承。摩擦會導致軸承間隙、位置測量系統分辨率差、結構靜態變形。動態靈活性會導致神經弱點，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解決所有這些因素。

物料搬運電氣化資質

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

重負載處理  - 電動執行器現在可以處理高達 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的進步，例如滾珠軸承的實施。

更長的行程長度 - 電動線性執行器現在還能夠實現更長的行程，解決以前液壓和氣動占主導地位的應用。電動線性執行器以前僅限于 300 或 400 毫米，現在跨度可達 1.2 米。

緊湊性——執行器通常設計在有限的空間內。例如，在包裝線上，進料和切割系統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，執行器尺寸也會影響能源使用。外殼大小如護照的執行器現在可以承受高達 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的主要區別，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。電動執行器只需插入電源并連接到網絡即可。PLC 的集成可以更高效、無縫地控制電動執行器，從而減少停機時間、提高生產率并節省成本。

智能- 電動直線執行器現配備模塊化板載控制裝置，可實現簡單的開關、低電平開關、位置反饋和 CAN 總線網絡集成。它們可以實時監視和控制、診斷、讀取位置和操作統計數據，并進行動態微調。（圖2）

隨著工廠變得更加數字化，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，從而實現編程的運動序列、系統的遠程操作以及多個執行器之間的同步。

圖 2. 將板載電子設備集成到電動執行器中，可以將以前外部的增強控制功能（例如開關、位置反饋和系統診斷）直接集成到執行器中。Thomson 智能執行器將基于微處理器的印刷電路板與允許遠程網絡之間通信的補充軟件結合在一起。

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。生產線應用（例如將物品從一條傳送帶轉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、衛星和其他通信進行遠程控制至關重要。除了遠程優勢之外，電動執行器還憑借堅固的設計減少了維護和環境問題。這種一體化執行器套件使 AGV 能夠在更大的區域內移動貨物，無論條件多么苛刻。

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

此外，潤滑技術已經先進到一些執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。

電動線性執行器通過機電和靜態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的位置。它們還可以通過升高、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。 

定制以獲得競爭優勢——雖然可用技術的范圍不斷擴大，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來滿足獨特的需求。通常，制造商可以通過對標準產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。提供最廣泛產品的執行器供應商最有可能采用標準產品線或擁有從頭開始設計產品的專業知識。他們的靈活性和增強標準產品的意愿也是一個因素。

定制能力是大多數電氣化設備新設計的另一個顯著優勢。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（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字世界和物理世界的關鍵技術。直到最近，這個差距還太大而無法跨越。但現在電動執行器更強大、更智能、更便宜，這個鴻溝不再那么令人畏懼。電氣化正在開創一個新的效率時代，這將有助于實現更好的自動化、改善物料搬運并最終改善業務。