Opciones de actuador para diseñadores de máquinas

Los sistemas de posicionamiento son una necesidad en las operaciones de manejo de materiales para alimentar, orientar, cargar y descargar, y mover objetos para su manejo, procesamiento, almacenamiento y transporte. El posicionamiento automático mejora las operaciones de manejo de materiales al:

  • Eliminar el error humano
  • mejorar la calidad del producto
  • Reducir la tasa de lesiones
  • Evitar la contaminación por sustancias nocivas
  • Permitir el movimiento en lugares donde los trabajadores no pueden entrar
  • Mueva dispositivos voluminosos de forma más rápida y sencilla

Sin embargo, los sistemas de posicionamiento no son solo una cuestión de comodidad. La localización de fallas puede cerrar toda una línea de ensamblaje, lo que podría generar miles de dólares en tiempo de inactividad o costos de cambio, gastos ocultos que consumen tiempo y mano de obra. De hecho, el costo por hora del tiempo de inactividad en la industria de alimentos y bebidas es de cerca de $8,000. Para la industria del caucho, las pérdidas son tres veces mayores. Para la electrónica, es más de 20 veces mayor que el caucho ($500,000/hora). En las industrias farmacéutica, automotriz y de petróleo y gas, los costos pueden ser tan altos como $ 1.1 millones a $ 3 millones por hora.

En resumen, el tipo de sistema de posicionamiento que uno elija puede afectar los costos de una empresa o ahorrar miles de dólares a largo plazo. Sin embargo, solo el 80 % del mercado utiliza soluciones de posicionamiento, probablemente porque no todos los ingenieros de diseño comprenden completamente las opciones disponibles.

Tipo de sistema de posicionamiento

Cualquiera de una variedad de sistemas que se pueden usar para lograr objetivos específicos de posicionamiento del proceso de fabricación. Incluyen:

Múltiples cilindros suministro Paradas duras, aunque ofrecen poca ajustabilidad una vez fijado el recorrido. Alrededor del 70% del mercado utiliza soluciones de posicionamiento neumático. Son la opción de menor costo, pero la longitud de la carrera generalmente no se puede cambiar, lo que los hace menos flexibles que los actuadores electromecánicos y electroneumáticos.

Actuador electromecánico Preciso pero más caro que los cilindros multiposición. Actualmente sirven alrededor del 20% del mercado, ya que los ingenieros de diseño valoran la capacidad de programar diferentes longitudes de carrera para diferentes trabajos. Esto acorta los tiempos de cambio cuando una línea de producción tiene que producir productos de diferentes tamaños. Pero si bien los actuadores eléctricos compensan esto, requieren motores, accionamientos, controladores y personas que programen diferentes dispositivos.

actuadores electroneumáticos, Una solución intermedia que agrega funcionalidad similar a la eléctrica a los cilindros existentes con retroalimentación de posición, ofreciendo más control que los neumáticos, pero sin el gasto o la complejidad de los actuadores eléctricos.

Comparación de Actuadores Neumáticos y Actuadores Eléctricos

Los cilindros de posiciones múltiples brindan el patrón más básico y repetible para múltiples paradas sobre la longitud total de la carrera. Aquí, cada tope incluye un tope duro, lo que significa que se evita el movimiento adicional del vástago del pistón cuando el pistón golpea la tapa del extremo en el tope.

Los actuadores eléctricos utilizan señales eléctricas para controlar la carrera del pistón y lograr múltiples paradas a lo largo de la carrera. Esto puede conducir a una repetibilidad imperfecta, dependiendo de la electrónica utilizada.

Los cilindros multiposición, por otro lado, detienen el pistón en la tapa final en la misma posición cada vez sin riesgo de interrupciones de la señal eléctrica. Por lo tanto, este sistema de posicionamiento es una excelente opción para aplicaciones donde las posiciones de parada discretas son predeterminadas y constantes. Su diseño proporciona el más alto nivel de repetibilidad a un costo relativamente bajo.

Sin embargo, los cilindros de posiciones múltiples no permiten el ajuste de carrera y pueden no ser los más adecuados para aplicaciones que requieren diferentes longitudes de carrera para diferentes tareas. Para estos casos, los actuadores eléctricos pueden proporcionar la mejor solución de posicionamiento, pero el costo del sistema puede ser bastante alto. Por lo tanto, los sistemas electroneumáticos pueden ser una alternativa más viable donde el costo puede ser un problema.

Tecnología combinada para control de circuito cerrado

Las máquinas inteligentes automatizadas de hoy en día a menudo requieren un alto grado de capacidad de configuración para realizar múltiples tareas. Como resultado, los sistemas de posicionamiento neumático ahora están diseñados para usar los últimos sensores y controles integrados para generar patrones de movimiento para simular los actuadores eléctricos necesarios para ajustar la señal, pero a un costo mucho menor.

El uso de la neumática se puede ampliar en gran medida mediante la combinación de la neumática con la electrónica para proporcionar un sistema de control de posicionamiento flexible y flexible. Esto da como resultado una mejor utilización del equipo, menos tiempo de inactividad al cambiar de aplicación y menores costos de cambio (que pueden ser asombrosos, como se mencionó anteriormente). Además, la reducción de la conmutación aumenta el rendimiento, por lo que los recursos y la mano de obra se pueden reasignar a otras tareas.

Finalmente, los sistemas electroneumáticos se adaptan fácilmente a los sistemas neumáticos existentes y ofrecen mayores capacidades de carga y velocidad que los actuadores electromecánicos. También proporcionan paradas bruscas y una precisión casi eléctrica.

Sin embargo, los sistemas electroneumáticos requieren electricidad y su software debe programarse para cada nueva aplicación. También cuestan más debido a una tecnología más avanzada y un mayor flujo, pero nuevamente, cuestan menos que los actuadores electromecánicos.

Alternativa SPCS

Un gran avance en este campo es Sistema de control servo neumático (SPCS): una válvula de control de movimiento neumático de alto flujo que, cuando se combina con un actuador de retroalimentación de posición, proporciona un sistema de control de posicionamiento de circuito cerrado para una colocación rápida y precisa de la carga útil. Estos sistemas están diseñados específicamente para maximizar la utilización del equipo. Las características y beneficios de SPCS incluyen:

  • Sistema de circuito cerrado continuo con software fácil de configurar
  • Ajustes sobre la marcha mediante control de software
  • Ciclo de repetición preciso de cargas horizontales y verticales
  • El amplio rango operativo (0 a 150 psi) se adapta a fuerzas más altas y más bajas que otros controles electroneumáticos
  • Compatible con la mayoría de los cilindros de hasta 3″. Taladre agujeros para una mayor flexibilidad de aplicación

En conclusión

Obviamente, existen varias opciones para implementar funciones de posicionamiento utilizando actuadores tanto neumáticos como eléctricos, desde cilindros neumáticos de posiciones múltiples hasta sistemas electroneumáticos y actuadores eléctricos con motores paso a paso o servo. La mejor solución de posicionamiento siempre depende de la aplicación individual y del nivel de precisión y repetibilidad de posicionamiento que se está tratando de lograr. Otras consideraciones incluyen el costo, la complejidad, la carga, la velocidad, la precisión, la ubicación y variables similares.

Algunas aplicaciones se pueden realizar y desarrollar utilizando cilindros multiposición. Otros necesitan la retroalimentación y la robustez de los sistemas electroneumáticos, mientras que otros necesitan una mejor posición, programabilidad y repetibilidad en los actuadores eléctricos.

Independientemente de qué aplicación de posicionamiento sea adecuada para la tarea en cuestión, el primer paso para elegir una solución de cilindro de posicionamiento es identificar un fabricante de cilindros de confianza que entienda y ofrezca todas las diversas tecnologías de posicionamiento y pueda recomendar la mejor solución para satisfacer las necesidades generales. de la aplicación.

Molly Lynch es gerente regional de ventas de IMI Precision Engineering en Bimba Mfg. Co., College Park, Illinois. Para más información visite www.bimba.com .

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