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L'elettrificazione degli attuatori lineari porta nuova produttività e flessibilità alla movimentazione dei materiali

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Gli attuatori lineari elettrici stanno portando la movimentazione dei materiali a nuovi livelli.

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Poiché la trasformazione digitale estende la portata dell'automazione a un maggior numero di assi e gli attuatori lineari elettrici gestiscono carichi sempre più pesanti, un maggior numero di progettisti di sistemi di movimentazione dei materiali sta convertendo il controllo del movimento idraulico e pneumatico in elettrico, soprattutto nei nuovi progetti. I fornitori di attuatori lineari rispondono con innovazioni che estendono la portata dell'automazione della movimentazione dei materiali in termini di gestione del carico, dimensionamento, intelligenza, durata, efficienza energetica, sicurezza ed ergonomia.

L'ambito dell'automazione della movimentazione dei materiali

Gli attuatori lineari elettrici offrono sempre più spesso funzionalità sofisticate e avanzate per l'automazione della movimentazione dei materiali. Che si tratti dell'intralogistica periferica di convogliamento e trasporto o del supporto ai processi produttivi come l'alimentazione e il riempimento, la movimentazione dei materiali è sempre più vitale per le operazioni industriali. (Figura 1)

In un'operazione di assemblaggio, ad esempio, gli attuatori lineari possono alimentare i materiali, manipolandoli per ottimizzare l'accesso alle superfici di lavoro o deviando gli oggetti da un trasportatore all'altro. In un'operazione di confezionamento di alimenti, per fare un altro esempio, la preparazione può richiedere fino a metà del ciclo di lavoro. Gli attuatori lineari possono ridurre questo tempo automatizzando lo svolgimento del cartone o il taglio della pellicola.

Gli attuatori elettrici possono anche ampliare il raggio di lavoro controllabile, trasportando i materiali verso o lontano dalla lavorazione. Possono supportare il movimento di carrelli elevatori, veicoli a guida automatica (AGV), unità di sollevamento telescopiche o trasportatori aerei.

Fattori che influenzano il movimento industriale

L'automazione delle sequenze di movimento per la movimentazione dei materiali richiede un'attenta considerazione dei seguenti fattori:

- Proprietà fisiche. Gli sviluppatori di automazione della movimentazione dei materiali devono considerare la forma, il peso, le dimensioni, la posizione e la stabilità della direzione dei colli che si muovono lungo un impianto o un sistema di trasporto. Devono inoltre considerare il modo in cui i materiali dei colli influiscono sulla loro rotolabilità, scorrevolezza, impilabilità, sensibilità superficiale e rigidità.

- Parametri ambientali. I progettisti di attrezzature per la movimentazione dei materiali devono considerare parametri quali la disposizione degli ambienti, le limitazioni delle dimensioni della macchina e i gradi di libertà disponibili.

- Parametri di movimento. Come la maggior parte delle applicazioni di controllo del movimento, anche quelle di movimentazione dei materiali tengono conto del peso e dell'inerzia del carico utile, determinati dalla velocità e dall'accelerazione nell'ambito dei tempi di ciclo e della precisione richiesta.

Le applicazioni di movimentazione dei materiali possono anche richiedere un'attenzione particolare ai fattori cinematici, come la deriva, la sovraelongazione, il tempo di stabilizzazione e l'intercambiabilità, con particolare attenzione all'azionamento, al sistema di trasmissione di potenza, al sistema di misurazione della posizione e ai cuscinetti. L'attrito può causare giochi nei cuscinetti, scarsa risoluzione dei sistemi di misurazione della posizione e deformazioni statiche strutturali. La flessibilità dinamica può contribuire a creare debolezze neurali, che possono portare a errori e guasti. I progettisti delle apparecchiature devono affrontare tutti questi fattori nel contesto della manutenzione, della sicurezza e della durata.

Qualifiche di elettrificazione per la movimentazione dei materiali

Gli attuatori lineari elettrici sono stati utilizzati nelle operazioni di movimentazione dei materiali per molti anni e, nel corso di questo tempo, si sono verificati progressi che li hanno ottimizzati per supportare nuove operazioni industriali. Questi progressi includono:

- Gestione di carichi pesanti

Gli attuatori elettrici sono ora in grado di gestire carichi pesanti fino a 25 kN, in precedenza relegati a cilindri idraulici o pneumatici. Questi miglioramenti sono dovuti in gran parte a miglioramenti dei materiali dei componenti e a progressi nella tecnologia delle viti a sfera, come l'implementazione di cuscinetti a sfera.

- Lunghezze di corsa maggiori

Gli attuatori lineari elettrici sono ora in grado di effettuare corse più lunghe, affrontando applicazioni che in precedenza erano dominate dall'idraulica e dalla pneumatica. Se prima gli attuatori lineari elettrici erano limitati a 300 o 400 millimetri, ora possono arrivare a 1,2 metri.

- Compattezza

Gli attuatori sono spesso progettati in spazi ristretti. In una linea di confezionamento, ad esempio, i sistemi di alimentazione e taglio possono competere con altre unità per lo spazio. Su un AGV o su un carrello elevatore, lo spazio è sempre limitato e le dimensioni dell'attuatore possono anche influire sul consumo energetico. Gli attuatori con un alloggiamento delle dimensioni di un passaporto possono ora gestire carichi fino a 2000 N (450 libbre) e si adattano a spazi ridotti per i quali gli attuatori della generazione precedente sarebbero troppo grandi o deboli.

Questa compattezza e semplicità sono le principali differenze rispetto all'idraulica e alla pneumatica, che richiedono un'imponente infrastruttura di apparecchiature come pompe, tubi, valvole, serbatoi e compressori. Gli attuatori elettrici si collegano semplicemente a un alimentatore e a una rete. L'integrazione di un PLC consente un controllo più efficiente e continuo degli attuatori elettrici, con conseguente riduzione dei tempi di fermo, aumento della produttività e risparmio sui costi.

- Intelligenza

Gli attuatori lineari elettrici sono ora disponibili con controlli modulari a bordo che consentono semplici interruttori on/off, commutazione a basso livello, feedback di posizione e integrazione della rete CAN bus. Sono in grado di monitorare e controllare, diagnosticare, leggere la posizione e le statistiche operative in tempo reale e di essere messi a punto al volo. (Figura 2)

Man mano che le fabbriche diventano più avanzate dal punto di vista digitale, i progettisti integreranno le funzionalità di movimentazione dei materiali in operazioni sempre più sofisticate. I carichi si muoveranno in modo più intelligente, consentendo sequenze di movimento programmate, funzionamento remoto dei sistemi e sincronizzazione tra più attuatori.

- Lunga durata

Le applicazioni di movimentazione dei materiali spesso funzionano 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in applicazioni "imposta e dimentica". Le applicazioni della linea di produzione, come un braccio che devia gli articoli da un nastro trasportatore all'altro, hanno cicli di lavoro elevati e sono soggette a usura. In queste applicazioni possono essere impiegati AGV, carrelli elevatori e altre apparecchiature mobili, che di solito funzionano a batterie. (Figura 3) Anche le apparecchiature utilizzate all'aperto o in ambienti pericolosi e soggette all'ingresso di umidità e polvere possono richiedere una lunga durata.

Gli attuatori lineari che utilizzano motori brushless possono avere cicli di lavoro del 100% e una durata fino a 600 km (375 miglia) senza manutenzione. Questa lunga durata è un grande vantaggio rispetto alle tecnologie idrauliche e pneumatiche, che richiedono una manutenzione quasi costante.

Inoltre, la tecnologia di lubrificazione è avanzata al punto che alcuni attuatori sono lubrificati in fabbrica a vita. Inoltre, il rispetto degli standard IP65, IP66 e IP69K impedisce l'ingresso di particolato, umidità e altri elementi che possono ridurre la durata.

- Sicurezza ed ergonomia

Le attrezzature per la movimentazione dei materiali mettono costantemente a rischio le persone. Ad esempio, una macchina che perde potenza può abbandonare il carico più velocemente di quanto un uomo possa fare. Potrebbero esserci problemi di ergonomia dovuti a movimenti ripetuti o al posizionamento scomodo dei pezzi.

Gli attuatori lineari elettrici aiutano in queste situazioni con freni di mantenimento elettromeccanici e statici, che mantengono il carico in posizione in caso di perdita di potenza dell'applicazione. Possono anche rendere il lavoro più sicuro sollevando, abbassando o inclinando i piani di lavoro ad angoli confortevoli e più ergonomici.

Il picking automatizzato consente di evitare lunghi percorsi di alimentazione e di sollevare il più possibile il personale operativo dal ciclo di lavoro della macchina, mantenendo l'ergonomia e la sicurezza come priorità. (Figura 4) Inoltre, la sostituzione dei cilindri idraulici elimina il rischio di scivolare e cadere su un fluido fuoriuscito, nonché di contaminare il prodotto a causa di perdite di fluido solido.

- Personalizzazione per un vantaggio competitivo

Se da un lato la gamma di tecnologie disponibili è in crescita, dall'altro la diversità delle applicazioni sta determinando la necessità di soluzioni personalizzate. I progettisti richiedono sempre più spesso componenti e sistemi che si adattino a esigenze uniche. Spesso i produttori possono soddisfare queste esigenze con piccole modifiche alle offerte standard, ma in alcuni casi possono dover progettare qualcosa da zero. I fornitori di attuatori con l'offerta più ampia hanno maggiori probabilità di adattare le linee standard o di avere l'esperienza per progettare qualcosa da zero. Anche la loro flessibilità e disponibilità ad ampliare l'offerta standard è un fattore importante.

La capacità di personalizzazione è un altro vantaggio significativo della maggior parte dei nuovi progetti di apparecchiature elettrificate. Queste apparecchiature sono spesso più modulari rispetto alle generazioni precedenti e possono essere modificate, aggiungendo o rimuovendo assi. I progetti elettrici riducono la necessità di riprogettare i componenti più grandi di un sistema, come la riprogettazione di un collettore idraulico/valvola, il percorso di un tubo o di una tubazione.

Qual è il ritorno?

Per calcolare il ROI più accurato con il giusto ammortamento su un progetto personalizzato sia per l'OEM che per l'utente finale, i progettisti devono prendere decisioni di acquisto nel contesto dell'intero ciclo di vita del prodotto, compresi i costi di produzione, i costi operativi correnti e la produttività potenziale. Allo stesso modo, la decisione deve tenere conto dei vantaggi derivanti dall'integrazione delle tecnologie più recenti, come l'elettronica di bordo, che contribuiscono a una maggiore competitività per l'OEM e a benefici per gli utenti finali.

Gli attuatori elettrici sono la tecnologia chiave che crea il collegamento tra questo mondo digitale emergente e il mondo fisico. Fino a poco tempo fa, questo divario era troppo ampio da colmare. Ma ora che gli attuatori elettrici sono più forti, più intelligenti e più convenienti, l'abisso non è più così spaventoso. L'elettrificazione sta inaugurando una nuova era di efficienza, che contribuirà a migliorare l'automazione, la movimentazione dei materiali e, in ultima analisi, il business.

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