Xi lanh điện EMA-80 Ewellix Schaeffler

EMA-80 là dòng bộ truyền động tuyến tính cơ điện (hay còn gọi là xi lanh điện) cấu trúc mô-đun, được thiết kế cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp xe cơ giới địa hình (offroad), tự động hóa và máy móc hạng nặng nhằm thay thế các hệ thống thủy lực. Cấu trúc mô-đun của EMA-80 cho phép tùy chọn linh hoạt các thành phần bên trong (trục vít me, hộp số, động cơ, đồ gá) để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí theo từng ứng dụng cụ thể.

1. TỔNG QUAN VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỐT LÕI

Các đặc tính kỹ thuật chính:

• Hiệu suất năng lượng: Sử dụng cơ cấu vít me bi hiệu suất cao, có tùy chọn đai ốc dự phòng an toàn (back-up nut).

• Công suất đỉnh: Đạt xấp xỉ 5 kW (vận hành ở tốc độ 0,160 m/s với lực kéo/đẩy 26.000 N).

• Kiểm soát hành trình: Tốc độ được kiểm soát ổn định trong quá trình dịch chuyển đi xuống ngay cả khi không có nguồn điện.

• Lực giữ (Holding force): Khả năng cấu hình lực giữ vị trí cố định khi mất nguồn nhờ hệ thống phanh điện từ tích hợp trên động cơ (tùy chọn cơ cấu nhả phanh bằng tay).

• Độ chính xác: Định vị chính xác cao và có khả năng lặp lại dựa trên tín hiệu phản hồi (feedback) từ hệ thống cảm biến/encoder của động cơ.

• Hệ thống phanh: Hỗ trợ phanh tái sinh (regenerative braking).

• Hộp số: Tùy chọn hộp số đồng trục (inline) hoặc hộp số song song sử dụng bánh răng thẳng (spur gears) tích hợp cơ cấu vận hành thủ công bằng tay (manual override).

• Khả năng tương thích: Tích hợp giao diện mặt bích chuyển đổi (motor adapter) tiêu chuẩn hóa, tương thích với các dòng động cơ servo size EMA-100 hoặc các loại động cơ khác lên đến 7 kW.

• Khả năng thay thế: EMA-80 có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn so với dòng EMA-100 đàn anh, nhưng cung cấp lực lớn hơn, cho phép thay thế mã EMA-100-1-BA trong nhiều ứng dụng.

Bảng thông số kỹ thuật cơ sở (Technical Data)

Thông số	Giá trị	Đơn vị
Hành trình tối đa (Max stroke)	1.500	mm
Khoảng hành trình tiêu chuẩn	50 – 1.500	mm
Lực dọc trục động lớn nhất (Max. dynamic axial force)	32	kN
Tải trọng động danh định (Dynamic load capacity)	31	kN
Lực dọc trục tĩnh tối đa (Max. static axial force)	45	kN
Loại vít me, Đường kính x Bước ren (Screw type, Diameter x Lead)	Vít me bi, 32 x 10	mm
Tốc độ tuyến tính tối đa không tải (Max. linear speed no load)	160	mm/s
Gia tốc lớn nhất (Max. acceleration)	6	m/s²
Chu kỳ làm việc (Duty cycle)	100	%
Nhiệt độ vận hành (Operating temperature)	-20 đến +50	°C
Cấp độ bảo vệ (Type of protection)	IP65 (Tiêu chuẩn IP65M / IP65S)	–
Loại động cơ tương thích	Tùy chọn (Tất cả các loại động cơ phù hợp bích)	–

2. CẤU TRÚC THÀNH PHẦN VÀ CHỨC NĂNG CƠ KHÍ

Hệ thống xi lanh điện EMA-80 cấu thành từ 15 bộ phận tiêu chuẩn:

1. Đầu kết nối (Connection piece): Khớp liên kết cơ khí đầu trục đẩy.

2. Trục đẩy (Push tube): Trục dịch chuyển tịnh tiến.

3. Vòng phớt/Đệm kín (Sealing): Cơ cấu làm kín ngăn bụi và chất lỏng.

4. Nút thông hơi (Vent plug): Cân bằng áp suất khí bên trong thân xi lanh.

5. Vòng giảm chấn cao su (Rubber bumper): Giảm chấn tại cuối hành trình.

6. Đai ốc dẫn hướng và chống xoay (Nut with guiding rings and anti-rotation): Định hướng chuyển động thẳng.

7. Động cơ (Motor): Bộ phận cấp động lực quay.

8. Mặt bích thích ứng động cơ (Motor adapter): Khớp nối chuẩn hóa cơ khí giữa động cơ và hộp số.

9. Hộp số (Gearbox): Bộ giảm tốc/tăng mô-men xoắn kết nối hệ thống.

10. Gối đỡ ổ bi (Bearing housing): Chứa cụm ổ bi tiếp xúc góc chịu tải dọc trục lớn.

11. Trục vít me bi (Ball Screw): Biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến.

12. Cổng tái tra mỡ (Relubrication port): Vị trí bổ sung chất bôi trơn định kỳ.

13. Nam châm tích hợp (Magnet): Phục vụ cho cảm biến hành trình tiệm cận bên ngoài.

14. Ống bảo vệ bên ngoài (Protection tube): Thân vỏ bao bọc hệ thống vít me.

15. Nắp che phía trước (Front cover): Tích hợp bạc lót dẫn hướng trục đẩy.

3. THÔNG SỐ VẬN HÀNH CHI TIẾT CỦA BỘ TRUYỀN ĐỘNG (LINEAR UNIT PERFORMANCE)

Hiệu năng cơ khí của cụm xi lanh cơ sở (chưa tính phần động cơ) được quy định cụ thể qua các thông số đo lường dưới đây:

Bảng thông số năng lực vận hành cơ khí cơ sở

Thuộc tính thông số	Ký hiệu	Đơn vị	Giá trị
Mô-men xoắn cần thiết để đạt lực $F_{max}$	$M_{F}$	Nm	58
Tốc độ quay tối đa đầu vào	$n_{max}$	vòng/phút	960
Công suất liên tục trung bình tối đa tại 100% ED	$P_{cont}$	kW	1.8
Cấp chính xác bước ren vít me bi	$P_{a}$	–	G7
Hành trình dự phòng mỗi bên	$H_{r}$	mm	3
Khe hở đảo chiều / Độ rơ vách	$S_{b}$	mm	< 0.1
Hiệu suất cơ khí bộ truyền	$\eta$	%	> 85
Quán tính tại hành trình 0 mm	$J_{H0}$	$kg \cdot m^2$	88.56
Quán tính tăng thêm trên mỗi 100 mm hành trình	$J_{H100}$	$kg \cdot m^2$	64.76
Khối lượng xi lanh tại hành trình 0 mm	$M_{H0}$	kg	5
Khối lượng tăng thêm trên mỗi 100 mm hành trình	$M_{H100}$	kg	3.16
Độ ẩm môi trường tối đa	$\Phi$	%	95

Giới hạn uốn dọc (Buckling Load) và Đai ốc an toàn (Backup Nut)

• Tải trọng uốn dọc: Khi chịu lực nén dọc trục, giới hạn tải nén phụ thuộc chặt chẽ vào chiều dài hành trình mở rộng. Với hành trình dưới 700 mm, thiết bị chịu tải nén tối đa là 32 kN. Khi hành trình kéo dài từ 1000 mm đến 1500 mm, tải trọng nén tới hạn để chống uốn dọc trục giảm dần từ 18 kN xuống dưới 10 kN. Lực tác động hướng tâm (nếu có) sẽ làm giảm thêm giới hạn chịu tải này.

• Đai ốc dự phòng an toàn (Backup Nut): Tùy chọn dành cho các ứng dụng nâng hạ yêu cầu an toàn cao. Ở trạng thái vận hành tiêu chuẩn, đai ốc này không tiếp xúc với trục ren. Nếu đai ốc chịu lực chính bị hỏng hoặc vỡ bi, đai ốc dự phòng sẽ khóa ren vào trục để ngăn trục xi lanh bị tụt tự do, cho phép hệ thống rút về dưới lực ma sát lớn. Cơ cấu này chỉ có tác dụng bảo vệ theo chiều nén/đẩy (push direction). Sau khi đai ốc dự phòng đã kích hoạt chịu tải, cụm xi lanh bắt buộc phải được thay thế.

4. KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC VÀ TÙY CHỌN ĐẦU TRỤC ĐẨY

Chiều dài tổng thể của thiết bị phụ thuộc vào việc lựa chọn xi lanh có hoặc không có đai ốc dự phòng an toàn (Backup nut), mã kết nối ren và hành trình làm việc danh định ($H_0$).

Bảng kích thước cơ sở theo kiểu ren và tùy chọn đai ốc dự phòng

Đặc tính kích thước	Cấu hình ren ngoài trục đẩy (Male Thread M27x2)	Cấu hình ren trong trục đẩy (Female Thread M20x1.5)
Mã sản phẩm tương ứng	EMA-80-1C-…-1 (Không đai ốc)   EMA-80-1D-…-1 (Có đai ốc)	EMA-80-1C-…-3 (Không đai ốc)   EMA-80-1D-…-3 (Có đai ốc)
Đai ốc dự phòng (Backup nut)	Loại 1C: Không / Loại 1D: Có	Loại 1C: Không / Loại 1D: Có
Thông số ren đầu trục đẩy	$M27 \times 2$	$M20 \times 1.5$
Chiều dài từ nắp trước đến gối đỡ ($L_{Ha}$)	Loại 1C: $H_0 + 187$   Loại 1D: $H_0 + 195$	Loại 1C: $H_0 + 187$   Loại 1D: $H_0 + 195$
Chiều dài khối ren khóa đến gối đỡ ($L_{HaI}$)	Loại 1C: $H_0 + 239$   Loại 1D: $H_0 + 247$	Loại 1C: $H_0 + 239$   Loại 1D: $H_0 + 247$
Chiều dài phần ren hữu dụng ($L_5$)	50 mm	44.5 mm
Chiều dài đoạn cắt ren tổng thể ($L_{SA}$)	37.5 mm	37.5 mm
Kiểu then hoa đầu trục vào (Spline)	DIN5480 $W23 \times 1 \times 22 \times 8f$	DIN5480 $W23 \times 1 \times 22 \times 8f$

(Ghi chú: $H_0$ là chiều dài hành trình được tính bằng đơn vị mm).

Bảng cấu hình trục đẩy dạng đầu chữ T (T-bar) tích hợp cơ cấu chống xoay

Dạng đầu nối chữ T (T-bar) kết hợp ống lót trong và chốt định vị dùng cho liên kết bản lề chịu tải nặng.

Đặc tính thông số kỹ thuật đầu T-bar	EMA-80-1C-…-T (Không đai ốc)	EMA-80-1C-…-U (Không đai ốc)	EMA-80-1D-…-T (Có đai ốc)	EMA-80-1D-…-U (Có đai ốc)
Chiều dài nắp trước đến gối đỡ ($L_{Ha}$)	$H_0 + 187$	$H_0 + 187$	$H_0 + 195$	$H_0 + 195$
Chiều dài tâm mắt T-bar tới gối đỡ ($L_{HE}$)	$H_0 + 259$	$H_0 + 259$	$H_0 + 267$	$H_0 + 267$
Đường kính trong của bạc lót ($D_{TT}$)	25.68 – 25.78 mm	25.68 – 25.78 mm	25.68 – 25.78 mm	25.68 – 25.78 mm
Chiều rộng khối chữ T ($B_{TT}$)	100 mm	131 mm	100 mm	131 mm
Đường kính chốt khuyên dùng ($D_B$)	1.000 (0 / -0.002) inch	1.000 (0 / -0.002) inch	1.000 (0 / -0.002) inch	1.000 (0 / -0.002) inch

5. HỆ THỐNG ĐỒ GÁ LẮP ĐẶT (ATTACHMENTS)

Giao diện gá lắp cơ khí của EMA-80 được chia làm hai nhóm: Đồ gá sơ cấp (Primary – trên đầu trục đẩy) và Đồ gá thứ cấp (Secondary – trên thân gối đỡ hoặc vỏ hộp số).

Đồ gá sơ cấp (Primary Attachments – Gắn đầu trục đẩy)

• Khớp cầu đầu trục (Rod end): Lắp ghép thông qua ren đầu trục.

• Đầu chốt chữ U (Rod clevis): Theo tiêu chuẩn DIN 8132, lắp chuyên biệt cho ren ngoài M27.

Bảng khả năng chịu tải của các phụ kiện đồ gá đầu trục đẩy sơ cấp

Phụ kiện đồ gá sơ cấp	Mã đặt hàng phụ kiện	Tải trọng động danh định Ca​ (kN)	Tải trọng tĩnh danh định C0a​ (kN)	Lực giới hạn tối đa
Khớp cầu cho đầu ren trong M20	EMA-80-1…-G	67.9	75.6	–
Khớp cầu cho đầu ren ngoài M27	EMA-80-1…-A	87.5	98.8	–
Đầu chữ U (Rod clevis) M27	EMA-80-1…-B	–	–	50 kN

Đồ gá thứ cấp (Secondary Attachments – Gắn phía sau gối đỡ hoặc hộp số)

• Trên gối đỡ ổ bi (Bearing housing): Gối đỡ trơn tiêu chuẩn; Gá khớp trục quay ngoài (Male trunnion mount); Gá khớp trục quay trong (Female trunnion mount) với chiều rộng trục tiêu chuẩn $W_3 = 131\text{ mm}$ (tùy chỉnh lên đến 171 mm).

• On parallel gearbox: Ổ đỡ trơn tích hợp ống lót (Plain bearing with bushing); Đồ gá dạng cầu khớp xoay (Spherical attachment); Đầu gá chữ T trên hộp số (T-bar on parallel gearbox).

Bảng thông số kích thước đồ gá lắp trên hộp số song song (Parallel Gearbox)

Mã phụ kiện đồ gá hộp số	Đặc tính thiết kế	Đường kính chốt khuyên dùng	Đường kính trong ống lót (dBT​)	Dung sai trục khuyến nghị
EMA-80-…-…B0	Ổ đỡ trơn loại 25 mm	25 f7	$25 (+0.085 / -0.01)$ mm	f7
EMA-80-…-…B1	Ổ đỡ trơn loại 1 inch	1.000 inch	$25.37 (+0.085 / -0.01)$ mm	f7
EMA-80-…-…B2	Khớp đỡ trơn loại bản 25 mm	25 f7	$25 (+0.085 / -0.01)$ mm	f7
EMA-80-…-…B3	Khớp đỡ trơn loại bản 1 inch	0.9980 inch	$25.37 (+0.085 / -0.01)$ mm	f7
EMA-80-…-…T0	Đầu gá chữ T ($W_1 = 100\text{ mm}$)	–	–	–

6. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC DÒNG HỘP SỐ (GEARBOX)

Hộp số đồng trục (Inline) tối ưu không gian lắp đặt theo chiều ngang. Hộp số song song (Parallel) rút ngắn chiều dài tổng thể và có tích hợp cơ cấu vận hành thủ công bằng tay (Manual override) qua khóa lục giác để điều chỉnh vị trí khi mất điện. Toàn bộ các dòng hộp số đều được bôi trơn bằng mỡ sẵn và không cần bảo trì.

Bảng thông số kỹ thuật các mã hộp số dùng cho EMA-80

Thông số đặc tính	Hộp số đồng trục (Inline)	Hộp số song song 3 cấp (3-stage)	Hộp số song song 3 cấp (3-stage)	Hộp số song song 3 cấp (3-stage)	Hộp số song song 2 cấp (2-stage)
Mã hiệu sản phẩm	EMA-80-…-DA…	EMA-80-…-SB	EMA-80-…-SC	EMA-80-…-SD	EMA-80-…-SF
Tỷ số truyền hộp số ($i_G$)	1 : 1	4.005 : 1	12.144 : 1	19.966 : 1	9.95 : 1
Mô-men đầu ra định danh	60 Nm	60 Nm	60 Nm	60 Nm	60 Nm
Mô-men đầu ra tối đa	90 Nm	70 Nm	100 Nm	100 Nm	100 Nm
Tốc độ vòng quay vào max	960 vòng/phút	4000 vòng/phút	4000 vòng/phút	4000 vòng/phút	4000 vòng/phút
Tốc độ vòng quay vào định mức	–	2550 vòng/phút	2550 vòng/phút	2550 vòng/phút	2550 vòng/phút
Hiệu suất truyền động	100%	85%	85%	85%	90%
Tải dọc trục max tại gá đuôi	–	32 kN	32 kN	32 kN	32 kN
Khối lượng tịnh hộp số	0.5 kg	3.9 kg	3.9 kg	3.9 kg	2.1 kg

7. THÔNG SỐ MẶT BÍCH THÍCH ỨNG ĐỘNG CƠ (MOTOR ADAPTER DIMENSIONS)

Giao diện mặt bích chuyển đổi cho phép xi lanh kết nối với các dòng động cơ servo tiêu chuẩn khác nhau trên thị trường.

Bảng kích thước mặt bích kết nối động cơ (Dùng cho cả Inline và Spur Gearbox)

Mã bích	Đường kính định tâm Dz​ (mm)	Chiều dài đoạn định tâm LDz​ (mm)	Đường kính trục động cơ DMW​ (mm)	Chiều dài bích tới đầu trục LFMW​ (mm)	Đường kính vòng chia lỗ DPC​ (mm)	Mã ren vít gá lắp (GBS)	Chiều rộng động cơ tối thiểu BM​ (mm)
AA1	80	< 7	19	40	100	M6	$\ge$ 86
AA2	110	< 7	24	50	130	M8	$\ge$ 116
AA3	130	< 7	32	58	165	M10	$\ge$ 136
AA4	180	< 7	38	80	215	M12	$\ge$ 186
CC1	80	< 7	16	40	100	M6	$\ge$ 86
CC2	110	< 7	19	40	130	M8	$\ge$ 116
CC3	130	< 7	24	50	165	M10	$\ge$ 136
CC4	70	< 7	19	40	90	M5	$\ge$ 76
CC5	110	< 7	22	55	145	M8	$\ge$ 116

(Lưu ý kỹ thuật: Đối với cấu hình hộp số đồng trục Inline, mặt bích chuyển đổi bắt buộc phải sử dụng dạng lỗ thông suốt, không dùng kết nối ren trực tiếp trên mặt bích).

8. THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ SERVO ĐỒNG BỘ TIÊU CHUẨN

Hệ thống cung cấp tùy chọn động cơ Servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMAC) công suất 750W với 3 mã cấu hình phanh giữ điện từ khác nhau, cùng với dữ liệu tham khảo cho động cơ 1 kW và 1.5 kW.

Bảng thông số kỹ thuật động cơ Servo PMAC 750W và hệ thống phanh

Thuộc tính thông số	EMA-80-…-F11	EMA-80-…-F13	EMA-80-…-F14
Công suất định mức động cơ	750 W	750 W	750 W
Tốc độ quay định mức	3000 vòng/phút	3000 vòng/phút	3000 vòng/phút
Mô-men xoắn định mức	2.4 Nm	2.4 Nm	2.4 Nm
Mô-men xoắn đỉnh lớn nhất	7.1 Nm	7.1 Nm	7.1 Nm
Tốc độ tuyến tính tối đa hệ thống	4300 mm/s $\pm10\%$	4300 mm/s $\pm10\%$	4300 mm/s $\pm10\%$
Điện áp định mức động cơ	24 VDC	24 VDC	24 VDC
Thông số phanh giữ an toàn
Kiểu phanh tích hợp	Điện từ	Điện từ	Điện từ
Cơ cấu nhả phanh bằng tay	Không	Không	Có tích hợp
Mô-men phanh giữ tĩnh định mức	2 Nm	10 Nm	10 Nm
Điện áp cấp nguồn phanh	24 VDC	24 VDC	24 VDC
Công suất tiêu thụ của phanh	9 W	20 W	20 W

Bảng thông số tham khảo hiệu năng hệ thống với động cơ công suất cao

Thông số năng lực đầu vào	Động cơ mẫu công suất 1 kW	Động cơ mẫu công suất 1.5 kW
Công suất định mức động cơ	1.0 kW	1.5 kW
Tốc độ quay định mức	3000 vòng/phút	3000 vòng/phút
Mô-men xoắn định mức đầu vào	3.0 Nm	5.0 Nm
Mô-men xoắn đỉnh tối đa	9.6 Nm	17.0 Nm
Tốc độ tuyến tính tối đa đạt được	5000 mm/s	5000 mm/s

Kích thước hình học khối động cơ Servo 750W (Dòng Fulling FL80SV75)

Kích thước chiều dài và chiều cao khối động cơ thay đổi tùy thuộc vào cụm phanh cơ khí tích hợp phía sau:

Ký hiệu	Vị trí đo kích thước	Cấu hình F11 (mm)	Cấu hình F13 (mm)	Cấu hình F14 (mm)
L1	Chiều dài tổng thể động cơ (bao gồm bích chuyển)	187	217	217
L2	Chiều dài tháp mặt bích chuyển tiếp hộp số	40.5	40.5	40.5
L3	Chiều dài thân vỏ chính của mô-tơ	123.5	91	91
L4	Chiều dài khối vỏ cụm phanh giữ an toàn	–	63	63
L5	Chiều dài phần bọc bộ mã hóa vòng quay Encoder	22	22	22
H1	Chiều cao tổng thể khối hộp phanh	–	105	105
B1	Chiều rộng tay gạt giải phóng phanh bằng tay	–	–	107
B2	Chiều rộng đầu giắc cắm kết nối điện nguồn	54	65	65
B3	Chiều rộng thân hộp xung quanh mô-tơ	80	80	80
B4	Chiều rộng khối hộp bao quanh phanh	–	112	112

9. QUY ƯỚC ĐẶT HÀNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG CẤU HÌNH XOAY

Quy ước hướng xoay cấu hình cơ sở (Orientation)

Để tối ưu không gian lắp đặt đa trục, EWELLIX cho phép tùy chỉnh góc quay mô-đun của các bộ phận theo các bước góc 90° xoay theo chiều kim đồng hồ:

• Vị trí của cổng tái tra mỡ (relubrication port) trên thân xi lanh được chọn làm mốc chuẩn cố định góc 0°.

• Từ mốc 0° này, người thiết kế có thể chỉ định độc lập góc xoay của hộp số (gearbox), vị trí hộp đấu nối dây của mô-tơ, hướng của các chốt tai quay đồ gá thứ cấp, hoặc hướng quay của nút thông hơi (vent plug) trên nắp trước.

Khả năng cung ứng cấu hình hệ thống

Xi lanh điện EMA-80 được phân phối theo ba tùy chọn tích hợp linh hoạt:

1. Cụm xi lanh và hộp số cơ bản: Không bao gồm mô-tơ và không kèm bích chuyển đổi mô-tơ (Phù hợp cho khách hàng tự tích ứng động cơ có sẵn).

2. Cụm xi lanh, hộp số tích hợp sẵn mặt bích chuyển đổi: Có bích kết nối chính xác theo mã động cơ yêu cầu.

3. Giải pháp đồng bộ toàn diện: Bao gồm xi lanh tuyến tính, hộp số giảm tốc, mặt bích thích ứng và động cơ servo đồng bộ chính hãng từ tập đoàn Schaeffler.