电动推杆将物料处理提升到新的高度。随着数字化转型将自动化范围扩展到更多轴，电动线性执行器可以处理越来越重的负载，越来越多的物料搬运系统设计人员正在将液压和气动运动控制转换为电动控制，尤其是在新项目中。线性推杆供应商正在通过创新来应对，这些创新扩大了物料搬运自动化在负载管理、尺寸、智能、耐用性、能源效率、安全性和人体工程学方面的范围。

物料搬运自动化的范围

电动推杆越来越多地为物料搬运自动化提供复杂、先进的功能。无论是输送和运输的外围内部物流，还是对喂料和灌装等生产过程的支持，物料搬运对于工业运营越来越重要。（图1）

例如，在装配操作中，线性致动器可能会输送材料，操纵它们以优化对工作表面的访问或将物体从一个输送机转移到另一个输送机。再举一个例子，在食品包装操作中，设置可能会消耗多达一半的工作周期。线性执行器可以通过自动展开纸板或切割薄膜来缩短时间。

电动执行器还可以扩大可控工作半径，将材料运送到加工处或远离加工处。它们可能支持叉车、自动导引车 (AGV)、伸缩式升降装置或高架输送机上的运动。

影响工业运动的因素

自动化物料搬运运动序列需要仔细考虑以下因素：

• 物理特性。物料搬运自动化开发人员必须考虑沿工厂或输送机系统移动的包装的形状、重量、尺寸、位置和方向稳定性。他们还必须考虑包装材料如何影响其滚动性、滑动性、堆叠性、表面敏感性和刚度。

• 环境参数。物料搬运设备设计人员必须考虑房间布局、机器尺寸限制和可用自由度等参数。

• 运动参数。与大多数运动控制应用一样，物料搬运应用会考虑有效负载的重量和惯性，这是由循环时间内的速度和加速度以及所需的精度决定的。

物料搬运应用可能还需要特别注意运动学因素，例如漂移、超调、稳定时间和互换性，特别是驱动器、动力传输系统、位置测量系统和轴承。摩擦会导致轴承间隙、位置测量系统分辨率差、结构静态变形。动态灵活性会导致神经弱点，从而导致错误和失败。设备设计人员必须在维护、安全性和耐用性的范围内解决所有这些因素。

物料搬运电气化资质

电动直线推杆已在物料搬运操作中使用多年，在此期间，已经取得了进步，优化了它们以支持新的工业操作。这些进步包括：

重负载处理  - 电动执行器现在可以处理高达 25 kN 的重负载，而这些负载以前只能由液压缸或气动缸来处理。这些改进在很大程度上归功于部件材料的改进和滚珠丝杠技术的进步，例如滚珠轴承的实施。

更长的行程长度 - 电动线性执行器现在还能够实现更长的行程，解决以前液压和气动占主导地位的应用。电动线性执行器以前仅限于 300 或 400 毫米，现在跨度可达 1.2 米。

紧凑性——执行器通常设计在有限的空间内。例如，在包装线上，进料和切割系统可能会与其他单元竞争空间。在 AGV 或叉车上，空间始终非常宝贵，执行器尺寸也会影响能源使用。外壳大小如护照的执行器现在可以承受高达 2000 N（450 磅）的负载，它们适合安装在狭小的空间中，而上一代执行器要么太大要么太弱。

这种紧凑性和简单性是与液压和气动技术的主要区别，后者需要强大的设备基础设施，例如泵、软管、阀门、储液器和压缩机。电动执行器只需插入电源并连接到网络即可。PLC 的集成可以更高效、无缝地控制电动执行器，从而减少停机时间、提高生产率并节省成本。

智能- 电动直线执行器现配备模块化板载控制装置，可实现简单的开关、低电平开关、位置反馈和 CAN 总线网络集成。它们可以实时监视和控制、诊断、读取位置和操作统计数据，并进行动态微调。（图2）

随着工厂变得更加数字化，设计师将把材料处理能力集成到越来越复杂的操作中。负载将更加智能地移动，从而实现编程的运动序列、系统的远程操作以及多个执行器之间的同步。

图 2. 将板载电子设备集成到电动执行器中，可以将以前外部的增强控制功能（例如开关、位置反馈和系统诊断）直接集成到执行器中。Thomson 智能执行器将基于微处理器的印刷电路板与允许远程网络之间通信的补充软件结合在一起。

使用寿命长- 物料搬运应用通常在“一劳永逸”的应用中全天候 (24/7) 运行。生产线应用（例如将物品从一条传送带转移到另一条传送带的手臂）具有高工作周期并且容易磨损。AGV、叉车和其他移动设备可以部署在这些应用中，并且通常使用电池运行。（图 3）在户外或危险环境中使用且容易受到湿气和灰尘侵入的设备也需要较长的使用寿命。

图 3. 对于无人参与的 AGV，通过无线电、WiFi、卫星和其他通信进行远程控制至关重要。除了远程优势之外，电动执行器还凭借坚固的设计减少了维护和环境问题。这种一体化执行器套件使 AGV 能够在更大的区域内移动货物，无论条件多么苛刻。

使用无刷电机的线性执行器可实现 100% 的占空比和长达 600 公里（375 英里）的免维护寿命。与几乎需要持续维护的液压和气动技术相比，这种长寿命是一个主要优势。

此外，润滑技术已经先进到一些执行器在工厂进行终身润滑。并且遵守 IP65、IP66 和 IP69K 的 IP 标准可防止颗粒、湿气和其他可能缩短寿命的侵入。

安全和人体工程学 - 物料搬运设备不断将人类置于危险之中。例如，断电的机器下降负载的速度可能比人类摆脱障碍的速度还要快。重复的运动或笨拙的工件定位可能会带来人体工程学方面的挑战。

电动线性执行器通过机电和静态保持制动器在这些情况下提供帮助，这些制动器可以在应用断电时将负载保持在适当的位置。它们还可以通过升高、降低或倾斜工作台至舒适、更符合人体工程学的角度来使工作更加安全。

自动拣选有助于避免较长的进料路线，并尽可能将操作人员从机器的工作周期中解放出来，从而将人体工程学和安全性放在首位。（图 4）此外，更换液压缸还可以消除因泄漏液体而滑倒和跌倒的风险，以及固体液体泄漏造成的产品污染。

图 4. 装配/控制站和固定设备的自动化程度不断提高。工作站的个性化调整有助于工作，提高操作员舒适度并降低受伤风险，同时在装配过程中保护材料和其他设备。 

定制以获得竞争优势——虽然可用技术的范围不断扩大，但应用程序的多样性也推动了对定制解决方案的需求。设计人员越来越需要组件和系统来满足独特的需求。通常，制造商可以通过对标准产品进行微小修改来满足这些需求，但有时他们可能必须从头开始设计一些东西。提供最广泛产品的执行器供应商最有可能采用标准产品线或拥有从头开始设计产品的专业知识。他们的灵活性和增强标准产品的意愿也是一个因素。

定制能力是大多数电气化设备新设计的另一个显着优势。该设备通常比前几代设备更加模块化，并且可以通过修改、添加或删除轴来进行更改。电气设计减少了重新设计系统较大组件的需要，例如重新设计液压歧管/阀门、管道或软管路线。

回报是什么？

为了为 OEM 和最终用户的定制项目计算最准确的投资回报率和正确的摊销，设计人员必须在整个产品生命周期的背景下做出采购决策，包括生产成本、持续运营成本和潜在生产力。同样，决策应考虑集成最新技术（例如车载电子设备）的好处，这有助于提高 OEM 的竞争力并为最终用户带来好处。

电动推杆是连接新兴数字世界和物理世界的关键技术。直到最近，这个差距还太大而无法跨越。但现在电动执行器更强大、更智能、更便宜，这个鸿沟不再那么令人畏惧。电气化正在开创一个新的效率时代，这将有助于实现更好的自动化、改善物料搬运并最终改善业务。