Los actuadores lineales eléctricos de alta potencia vienen en un paquete pequeño

Los diseñadores de máquinas para aplicaciones móviles fuera de la carretera, de manipulación de materiales, de automatización de fábricas y otras aplicaciones que requieren mucha energía pueden obtener ahora actuadores eléctricos que proporcionan hasta dos kilonewtons (kN) / 450lbs de fuerza (lbf) con electrónica avanzada a bordo

Los actuadores lineales electromecánicos ofrecen cada vez más potencia e inteligencia en factores de forma más pequeños. La incorporación de una mayor capacidad de control de movimiento en un espacio más compacto ha dado lugar a una nueva generación de actuadores de alta densidad de potencia. Los diseñadores de máquinas para aplicaciones móviles fuera de carretera, manipulación de materiales, automatización de fábricas y otras aplicaciones que requieren mucha potencia pueden obtener ahora actuadores eléctricos que proporcionan hasta dos kilonewtons (kN) / 450lbs de fuerza (lbf) con una electrónica avanzada incorporada ̶ todo ello en un componente que requiere menos espacio y más rentabilidad que los actuadores hidráulicos o electromecánicos más pesados que podrían haberse utilizado anteriormente para dichas aplicaciones.

La convergencia de las siguientes tendencias industriales está estimulando la demanda de actuadores lineales con mayor densidad de potencia:

- Los diseñadores de Automatización Industrial están buscando actuar cargas más pesadas en espacios más restringidos sin los requisitos ambientales y de mantenimiento de los actuadores hidráulicos;

- Los ingenieros de sistemas buscan una información de funcionamiento y diagnóstico más precisa para optimizar el rendimiento y abordar retos de control de movimiento más complejos;

- Los fabricantes de equipos originales trabajan para diseñar maquinaria más compleja en un paquete más condensado que les proporcione mayor flexibilidad y economía

Primeros pasos hacia un control de movimiento más eficiente en términos de espacio

Los diseñadores de aplicaciones que requieren más de 2 kN / 450 lbf en un espacio compacto han utilizado tradicionalmente la hidráulica, la neumática o incluso una solución electromecánica servoaccionada. Sin embargo, estos sistemas también requerían la integración de muchos componentes externos, como motores, bombas, depósitos y mangueras. El hecho de que estos sistemas sean también costosos de mantener debido a las fugas de fluidos contribuyó a impulsar la demanda de alternativas.

En los últimos 20 años, los actuadores electromecánicos industriales han ampliado las ofertas de fuerza hasta 16 kN / 3597 lbf en un esfuerzo por permitir una mayor conversión hidráulica. Para complementar esta potencia, se ha integrado la electrónica de a bordo, que, además de ayudar a proporcionar el control de movimiento necesario para elevar el rendimiento a niveles superiores, también hace que los equipos externos que consumen espacio, como codificadores, relés e interruptores, puedan definirse por software para que puedan manejarse dentro de la carcasa del actuador. Esto elimina la necesidad de espacio que requieren estos dispositivos y su cableado, lo que da al diseñador de la máquina mucha más flexibilidad.

Reducción del espacio ocupado

Mientras el mercado acogía actuadores más potentes con la capacidad de convertir los ejes tradicionalmente hidráulicos en electromecánicos, muchos proveedores de maquinaria móvil fuera de carretera, de manipulación de materiales y de automatización de fábricas también requerían un diseño más compacto para satisfacer las necesidades de su base de clientes. En general, las máquinas son cada vez más complejas y, al mismo tiempo, más compactas. Los proveedores de tecnología de control de movimiento han respondido con avances en los engranajes, el tamaño de los motores, la electrónica de a bordo y otras innovaciones que han dado lugar a una nueva generación de actuadores electromecánicos que han reducido su tamaño total en comparación con sus predecesores tradicionales, al tiempo que han aumentado la densidad de potencia.

Y con la mayor potencia, estos actuadores electromecánicos más compactos conservan toda la inteligencia incorporada en sus homólogos de mayor tamaño ̶ un diferenciador clave en comparación con los actuadores basados en fluidos. Las ventajas del control electrónico incluyen amplios elementos de automatización y mantenimiento, como la retroalimentación de posición, las comunicaciones por bus CAN y LIN J1939, la conmutación de baja corriente, la salida de indicación de fin de carrera, la sincronización de varios actuadores y la opción de utilizarlos con PLC.

Thomson Industries, por ejemplo, ha diseñado un actuador electromecánico para cargas de hasta 2 kN / 450 lbf que tiene todas las mismas capacidades electrónicas que un modelo que puede manejar 16 kN / 3597 lbf, pero lo ofrece en una carcasa más pequeña.

Selección de actuadores de mayor densidad de potencia

Mientras que la selección del actuador ha comenzado tradicionalmente con la determinación de la carga, la longitud de la carrera y la velocidad requeridas, muchos diseñadores de sistemas de control de movimiento están descubriendo que las limitaciones de espacio son uno de estos factores de selección básicos. En algunos casos, las cargas requeridas pueden aumentar o mantenerse en niveles más altos porque las geometrías de las máquinas no cambian mucho, lo que obliga a los diseñadores a hacer un balance entre el tamaño y la fuerza requerida. El hecho de que el cumplimiento de las restricciones de tamaño pueda requerir más fuerza complica el reto.

Los vehículos móviles fuera de la carretera son un buen ejemplo de una categoría de aplicación que se beneficia de una huella de actuador más pequeña. Los vehículos más pequeños tienden a ser más fáciles de manejar, más eficientes energéticamente y a menudo pueden ser más rentables, especialmente si los diseñadores no tienen que proporcionar más capacidad de carga de la que realmente se requiere para la tarea en cuestión

Una cosechadora, por ejemplo, puede tener algunos componentes que requieren hasta 16 kN / 3597 lbf, pero otros equipos móviles que no. Sistemas como la criba, que ayuda a separar el grano consumible del tamo, o el desviador de viento, que dirige el tamo a la izquierda o a la derecha de la cosechadora en función de la dirección del viento, pueden seguir requiriendo una gestión de la carga más pesada, pero mucho menos que 3597 lbf. Estos equipos suelen estar ubicados en partes del vehículo con limitaciones de espacio, y cualquier cosa que se pueda hacer para optimizar este espacio sería bienvenida.

Los mecanismos de bloqueo en los sistemas de manipulación de materiales y los ajustes ergonómicos en una cinta transportadora son otras aplicaciones que pueden beneficiarse de los actuadores de mayor densidad de potencia. Muchas de estas aplicaciones podrían utilizar algo que pueda soportar cargas de hasta 2 kN / 450 lbf, pero rara vez, o nunca, necesitarían acercarse a una capacidad de 16 kN / 3597 lbf

Otro ejemplo de automatización podría ser un actuador utilizado para subir o bajar una cinta transportadora pesada para manipular cajas de varios tamaños. Un sistema de mayor densidad de potencia, sin embargo, ofrecería un actuador más eficaz en un espacio más reducido, lo que podría aportar las ventajas de la automatización a un entorno operativo que antes era manual, potencialmente peligroso y, en comparación con los actuadores accionados por fluidos, más sucio.

En el futuro

En general, la nueva generación de actuadores de pequeño tamaño y alta densidad de potencia es ideal para aplicaciones que requieren una capacidad de hasta 2 kN / 450 lbf y una inteligencia integrada. Cualquier cosa mayor que eso requeriría probablemente un actuador electromecánico más grande, la sincronización de varios actuadores inteligentes o, si el funcionamiento limpio y la precisión no son esenciales, una solución accionada por fluidos. Si la inteligencia a bordo no es crítica, y la carga requerida es inferior a 0,5 kN / 112 lbf, un actuador electromecánico más básico podría encajar dentro de las limitaciones de espacio disponibles.

Incluso si el espacio no es una consideración primordial, reducir el tamaño de un componente sin renunciar a la potencia o la inteligencia podría añadir valor al producto final en términos de flexibilidad, coste, consumo de energía y mantenimiento. Sin un actuador inteligente de menor densidad, las opciones son implementar un actuador más grande o limitar la funcionalidad. Con el actuador más compacto, habrá menos concesiones en el diseño. Los diseñadores tendrán la potencia que necesitan, junto con un mejor acceso a los datos de funcionamiento y la capacidad de sincronización con otros actuadores.

A medida que las iniciativas del Internet Industrial de las Cosas y de la Industria 4.0 impulsan el desarrollo de aplicaciones más conectadas e inteligentes, es probable que aumente la demanda de actuadores más compactos. Y con ello viene una mayor capacidad para integrar mecanismos anteriormente aislados y para escalar los sistemas de control de movimiento para obtener la máxima flexibilidad y ventaja de costes.