Výrobce elektrických aktuátorů rozšiřuje portfolio o hybridní elektro-hydraulické aktuátory

V závislosti na počátečních cílech při specifikaci hydraulických válců existuje stále více elektrických alternativ. Tato technická řešení splňují veškeré specifikace hydraulického válce, nebo jsou dokonce schopná je překonávat.

Trend konverze stále roste
Donedávna musel konstruktér autoplošiny vždy použít pro zvedání hydraulický systém. Pokud by byl stroj konstruován s hydraulickými válci, potřeboval by olejovou nádrž, rozvody pro přívod média z rezervoáru do válce a sadu napájecích kabelů vedených po celém výložníku. Je zde riziko úniku oleje a nároky na údržbu jsou vysoké.
Moderní elektrickou variantou pro takové aplikace je hybridní aktuátor, který kombinuje zvedací schopnosti hydraulického systému s jednoduchou kompaktností a ovladatelností elektrického lineárního aktuátoru. Tato kombinace poskytuje zdvižnou sílu v tahu i tlaku až 21 kN v elektricky poháněné jednotce, která funguje bez složitého okolního systému.
Jednotka navíc poskytne i odolnost proti rázům srovnatelnou s plně hydraulickým systémem. Například výložník na již zmíněné autoplošině může být vystaven povětrnostním rázům, které by mohly poškodit součásti tradičního elektrického aktuátoru, avšak moderní hydraulicko-elektrický hybridní systém tyto náhlé rázy absorbuje (viz obr. 1).

Delší životnost systému
Dříve bylo obvyklé použít pro jednoduché aplikace, v nichž se základní pohyby opakují s vysokou frekvencí, hydraulické válce. Ty poskytují přijatelný pracovní cyklus 40–80 %, což přispívá k delší životnosti, ale podstatná část této životnosti se spotřebuje na údržbu pohonu.
Například pantografy, které používají městské autobusy k prvotnímu a opětovnému připojení ke zdrojům energie při přejezdech z příměstských oblastí do centra, tradičně používají hydraulické válce, ale jejich adekvátní údržba vyžaduje demontáž kvůli čištění a mazání – to vše narušuje provoz a zvyšuje náklady na pracovní sílu.
Tradiční elektrické aktuátory nabízí čistý a bezúdržbový provoz, ale mnohá stávající řešení nejsou pro tuto aplikaci nejvhodnější. Levnější varianty jsou sice cenově konkurenceschopné vůči hydraulickým válcům, ale používají kartáčové střídavé motory, které omezují životnost aktuátorů, protože tření kartáčů způsobuje přehřívání. Naproti tomu aktuátory vyšší třídy, které používají krokové motory nebo servomotory, nejsou pro tak základní operaci cenově opodstatněné.
Proto společnost THOMSON LINEAR vyvinula novou generaci elektrických aktuátorů s dlouhou životností a vysokým možným zatížením, která umožňuje jejich použití pro jednoduché, opakující se operace. Místo servomotorů, krokových nebo kartáčových střídavých elektromotorů se v aktuátorech s dlouhou životností obvykle používají bezkartáčové stejnosměrné motory. Na rozdíl od kartáčového střídavého motoru, který se při náročných pracovních cyklech přehřívá, bezkartáčové stejnosměrné motory nevytvářejí žádné tření, což umožňuje pracovní cykly až do 35 %, popř. v závislosti na zatížení a okolní teplotě až do 100 %.
Dalšími prvky, které přispívají k dlouhé životnosti aktuátoru, jsou robustní provedení matice i šroubu a zesílená ložiska, jež snižují opotřebení aktuátoru a zvyšují počet pracovních cyklů ze 40 tisíc na 1 milion. Tím se řádově zlepšuje životnost celé aplikace.
V porovnání s řešeními poháněnými krokovými motory nebo servomotory jsou aktuátory poháněné BLDC motory kompaktnější. Aktuátory s dlouhou životností jsou také obvykle utěsněny za účelem vysokého stupně krytí a mazány na celou dobu životnosti z výroby, takže nevyžadují žádnou další údržbu.
Díky provozování na napájení 24 VDC jsou aktuátory poháněné DC motory vhodné také pro mobilní aplikace s jednoduchými, opakujícími se mobilními operacemi.

Řízení a regulace
Další příležitostí, kdy může elektrický aktuátor nahradit hydraulický pohon, je situace, kdy jsou vyžadovány další řídicí funkce. Do hydraulických zařízení je sice možné přidat vyšší řízení a přesnost, ale není to snadné. Vyžaduje to přidání externích zařízení v podobě zpětné vazby a elektrických ovládacích prvků na ventilech, které regulují průtok hydraulického média. Zvyšuje to také náklady a variabilitu systému, který je již tak komplikovaný a prostorově náročný.
Pro aplikace vyžadující přesnost a řízení pro zatížení až do síly 16 kN je daleko vhodnějším technologickým řešením elektrický aktuátor. Tyto inteligentní Smart Thomson aktuátory změnily pravidla hry tím, že mají zabudované mikročipy, které zajišťují přesnost a řízení bez nutnosti připojovat externí zařízení. Spínání, určení polohy, vyhodnocení zpětné vazby a diagnostika systému se nyní provádí pomocí softwaru (obr. 2).
Více zařízení lze propojit do sítě, synchronizovat a automaticky řídit na základě signálů ze společného externího zdroje, jako jsou programovatelné logické automaty (PLC) a sofistikovaná spínací relé. Účast ve složitějších automatizačních schématech je tak proveditelná. Navíc kompaktnější rozměry systému zjednodušují provoz a snižují náklady na servis.

Elektrické aktuátory první volbou
Zpravidla vždy je vhodné zvážit jako nejlepší řešení elektrické aktuátory v případě aplikací vyžadujících sílu do 22 kN. To platí zejména tam, kde je málo místa, kde může být problémem znečištění způsobené hydraulickými kapalinami, kde je žádoucí eliminovat dlouhodobé náklady na údržbu a kde je požadavek na životnost aplikace více než 25 let.
U aplikací vyžadujících sílu do 16 kN s jakoukoli úrovní přesnosti nebo řízení je třeba porovnat náklady a výhody elektrických systémů oproti hydraulickým systémům po celou dobu jejich životnosti. Čím více os pohybu, tím více nákladů. Elektrické aktuátory ušetří tyto náklady v dlouhodobém horizontu. Nicméně u většiny aplikací, při zohlednění všech technických aspektů na instalaci podpůrné infrastruktury, její údržby v průběhu času, řešení úniků kapaliny a mnoho dalších nevýhod spojených s hydraulickými válci, jsou celkové náklady na pořízení elektrických pohonů srovnatelné. V případě potřeby inteligentního řízení a vyšší přesnosti je potenciál návratnosti ještě větší.

Jaroslav Salajka, manažer produktu
salajka@bibus.cz, www.bibus.cz

Publikováno: 28. 7. 2022 | Počet zobrazení: 544 117