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In che modo gli attuatori elettrici si comportano rispetto ai cilindri idraulici in condizioni operative difficili?

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Condizioni ambientali (caldo/freddo), durata di vita utile e manutenzione

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1. Condizioni termiche

Uno dei principali problemi dei sistemi idraulici è la gestione del calore. Le inefficienze dei sistemi idraulici causano il surriscaldamento. Temperature del fluido idraulico superiori a 80 °C danneggiano la maggior parte dei materiali delle guarnizioni e accelerano il degrado dell’olio. La progettazione dei circuiti può giocare un ruolo importante nella generazione di calore. I tubi flessibili, i raccordi e altri componenti possono costituire un fattore critico se non sono dimensionati correttamente in base alle esigenze di portata. I sofisticati sistemi load-sensing possono mitigare la maggior parte dei problemi legati al calore, ma possono risultare costosi. Gli scambiatori di calore rappresentano un modo economico per gestire questo aspetto senza dover sovradimensionare in modo significativo il serbatoio e, di conseguenza, l’ingombro dell’unità di potenza idraulica (HPU).

Esistono due modi per risolvere i problemi di surriscaldamento nei sistemi idraulici: ridurre il carico termico o aumentare la dissipazione del calore. I sistemi idraulici dissipano il calore attraverso il serbatoio, mantenendo il corretto livello di olio o utilizzando uno scambiatore di calore. Mantenere un sistema idraulico in condizioni ottimali per la gestione del calore richiede un’attenzione e una manutenzione costanti.

Gli attuatori elettrici possono talvolta surriscaldarsi, ma la causa è solitamente da ricercarsi in variazioni estreme del ciclo di lavoro o nell’utilizzo dell’attuatore in condizioni più gravose rispetto a quelle per cui è stato progettato o dimensionato. Anche variazioni estreme della temperatura ambiente non previste in fase di progettazione possono causare surriscaldamento, ma tali condizioni rappresentano delle eccezioni e in genere non si verificano nella maggior parte degli ambienti di automazione industriale. Grazie alla loro maggiore efficienza e precisione di dimensionamento, i sistemi con attuatori elettrici possono essere scelti per funzionare alla temperatura desiderata in base al carico di lavoro richiesto. Prevedere con precisione la temperatura consente al sistema con attuatori elettrici di funzionare in modo costante senza compromettere la durata del dispositivo.

2. Ambiente freddo

Le basse temperature presentano altri problemi per i sistemi idraulici. L’olio freddo causa un funzionamento lento e irregolare finché l’olio non si riscalda, il che a sua volta provoca forti oscillazioni di forza e velocità. Anche gli sbalzi di temperatura dal caldo al freddo possono compromettere l’integrità della guarnizione dello stelo, un componente critico che contribuisce a prevenire perdite e contaminazioni. I riscaldatori del serbatoio dell’olio possono gestire le temperature di avvio, ma rappresentano un componente e una spesa aggiuntivi.

Gli attuatori elettrici, d’altra parte, possono essere utilizzati con grasso per temperature estreme, il che consente avviamenti rapidi ed efficaci a basse temperature. Di solito si riscontra una minima differenza di prestazioni nella ripetibilità della forza tra temperature fredde e calde. Questa differenza è accettabile nella maggior parte delle applicazioni, rendendo spesso preferibile la scelta degli attuatori elettrici rispetto a quelli idraulici.

3. Durata di vita e manutenzione

I dispositivi idraulici sono robusti e ampiamente utilizzati e possono avere una lunga durata di vita. Il compromesso è che richiedono manutenzione e attenzione frequenti per garantire le prestazioni desiderate per tutta la vita utile del sistema. Mantenere l’integrità delle guarnizioni dello stelo e del pistone è fondamentale per la ripetibilità, poiché questi sono gli elementi principali che contengono la pressione necessaria per il movimento e la forza. Se questi componenti si usurano o vengono danneggiati, devono essere sostituiti. In caso contrario, la forza risulterà ridotta alla pressione iniziale oppure le perdite di pressione comprometteranno la velocità. La sostituzione periodica dei filtri dell’olio e del cambio dell’olio stesso costituiscono ulteriori interventi di manutenzione. Anche l’olio contaminato o deteriorato può compromettere gravemente il funzionamento del sistema. Trascurare gli interventi di manutenzione porterà a perdite o contaminazioni e al guasto prematuro dei componenti.

D’altra parte, gli attuatori elettrici dimensionati per la durata di un’applicazione non richiedono alcuna manutenzione. I principali elementi di potenza di un attuatore elettrico sono la vite di potenza e altri elementi di supporto di spinta. Questi elementi presentano una specifica di carico dinamico nominale (DLR) che può essere utilizzata per stimare la quantità di lavoro (forza per distanza) che un attuatore elettrico è in grado di svolgere. Utilizzando una stima della durata L10 standard del settore, è possibile stimare con un’affidabilità del 90% la durata degli attuatori elettrici in un’applicazione.

Questi elementi di potenza sono in genere lubrificati a vita, ma, se necessario, è possibile applicare semplici metodi di lubrificazione sul campo. L’altro elemento soggetto a usura in un attuatore elettrico a stelo è la guarnizione dello stelo, progettata per impedire l’ingresso di acqua, polvere e altre contaminazioni ambientali nei componenti interni dell’attuatore. A differenza delle guarnizioni dei cilindri idraulici, non è necessaria alcuna pressione all’interno dell’attuatore per garantirne il corretto funzionamento. Anche in caso di guasto della tenuta, l’attuatore continuerà a funzionare. Le tenute dello stelo sulla maggior parte degli attuatori elettrici possono essere sostituite in modo semplice ed economico in caso di danneggiamento. L’uso improprio è la causa principale di guasto degli attuatori elettrici. Il superamento delle specifiche prestazionali dell’attuatore per periodi prolungati o una grave negligenza sono i fattori di uso improprio più comuni.