Có một cuộc tranh luận trong cộng đồng thiết kế máy móc. Một cuộc tranh luận về công nghệ chuyển động tuyến tính tốt nhất là gì— xi lanh điện hay khí nén. Có những người ủng hộ ở cả hai phía.
Chuyển động tuyến tính bằng điện có những lợi ích cũng như các giải pháp khí nén. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn tám yếu tố cần xem xét khi bạn thực hiện lựa chọn quan trọng này. Để xem xét kỹ lưỡng chủ đề này hãy so sánh kỹ thuật: Hiệu suất của xi lanh khí nén và xi lanh điện.
Dưới đây là tám yếu tố chính liên quan đến việc lựa chọn bộ truyền động tuyến tính và cách đo lường các hệ thống chuyển động tuyến tính bằng khí nén và điện.
1. Kiểm soát thông số chuyển động
Một số ứng dụng chuyển động tuyến tính không phức tạp – chỉ đơn giản là di chuyển từ điểm A đến điểm B. Những ứng dụng khác yêu cầu nhiều vị trí, thời gian dừng và tốc độ. Các giải pháp chuyển động phức tạp đang trở nên phổ biến hơn khi tự động hóa công nghiệp đòi hỏi khả năng kiểm soát và độ chính xác của chuyển động nhiều điểm dừng hơn.
Xi lanh khí nén là một giải pháp giá cả phải chăng, dễ thực hiện cho các ứng dụng vị trí đầu cuối đơn giản. Tuy nhiên, cấu hình chuyển động có nhiều điểm dừng (như cấu hình được hiển thị ở đây) có thể yêu cầu phần cứng bổ sung, khiến việc cài đặt và vận hành tốn nhiều thời gian và phức tạp hơn.
Các hệ thống chuyển động tuyến tính bằng điện sử dụng ổ đĩa servo và động cơ cung cấp khả năng kiểm soát chính xác vị trí, tốc độ và khả năng tăng/giảm tốc. Điều khiển mức hệ thống được thực hiện thông qua kết nối biến tần với PLC, HMI hoặc bộ điều khiển khác. Với kiểu cấu hình hệ thống này, các cấu hình chuyển động như được hiển thị ở đây không có vấn đề gì.
Vì các hệ thống điện dựa vào dòng điện và điện áp để điều khiển động cơ, thay vì khí nén, nên việc kiểm soát vị trí và tốc độ, cũng như độ chính xác và khả năng lặp lại tốt hơn nhiều. Thêm vào đó là khả năng điều khiển nhiều vị trí giữa hành trình và lý do tại sao ngày càng nhiều nhà thiết kế máy chỉ định các hệ thống chuyển động thẳng bằng điện trở nên rõ ràng hơn.
2. Khả năng tải xi lanh điện vs khí nén
Khi bạn đang phân tích các yêu cầu về lực của một ứng dụng, hãy nhớ xem xét lực cực đại và lực liên tục. Ngoài ra, hãy cân nhắc xem bạn có cần lực có sẵn theo yêu cầu hay ứng dụng của bạn sẽ đáp ứng sự chậm trễ trong việc tạo lực.
Xi lanh khí nén hoạt động theo nguyên tắc Năng lượng chất lỏng Lực = Diện tích x Áp suất, cho phép tính toán lực dễ dàng (áp suất vận hành điển hình là 80-100 psi hoặc 5,5-7,0 Bar). Vì không khí là môi trường rất dễ nén nên một số hệ thống sẽ có độ trễ trong việc tạo lực do hệ thống cần có thời gian để tạo áp suất.
Với một hệ thống điện, lực được tạo ra bởi mô-men xoắn của động cơ được điều khiển bởi dòng điện đến động cơ. Toàn bộ lực có sẵn gần như ngay lập tức và các động cơ được ghép nối với các hệ thống cơ khí rất cứng chắc. Lợi ích bổ sung là các hệ thống chuyển động này sẽ linh hoạt hơn và phản ứng nhanh hơn.
3. Vận tốc, gia tốc và giảm tốc
Các hệ thống khí nén có thể đạt tốc độ cao trong các ứng dụng đầu cuối cơ bản khi có đủ thể tích và áp suất khí nén. Tuy nhiên, việc kiểm soát tốc độ là khó khăn. Việc tăng tốc và giảm tốc rất khó kiểm soát nên người thiết kế máy thường phải sử dụng bộ giảm xóc trong các ứng dụng tốc độ cao hoặc tải nặng.
Hệ thống điện có thể kiểm soát tốc độ một cách chính xác. Khả năng tăng tốc và giảm tốc được kiểm soát dễ dàng, mang đến cho nhà thiết kế khả năng kết hợp các tốc độ trong một cấu hình chuyển động và giảm tốc cho đến khi dừng hoàn toàn mà không bị giật.
4. Độ phức tạp và dấu chân của hệ thống
Không gian ở mức cao trong hầu hết các nhà máy. Máy móc cần phải nhỏ gọn và thiết bị hỗ trợ chiếm diện tích sàn có thể bị nghi ngờ.
Trong khi một xi lanh khí nén cung cấp một gói nhỏ gọn tại điểm làm việc, hệ thống khí nén điều khiển nó có thể chiếm một lượng lớn không gian sàn nhà máy.
Một thiết bị truyền động tuyến tính chạy bằng điện thường sẽ dài hơn hoặc rộng hơn xi lanh khí nhưng nhìn chung sẽ có ít bộ phận hơn. Bộ truyền động sẽ được kết nối với ổ đĩa servo có thể được gắn trong tủ điều khiển của máy.
5. Độ tin cậy, tuổi thọ, bảo trì
Nó không đủ để một bộ truyền động thực hiện công việc; các nhà thiết kế cũng muốn biết rằng thiết bị sẽ tồn tại lâu dài và không yêu cầu bảo trì tốn kém, tốn thời gian.
Xi lanh chạy bằng chất lỏng có thể mang lại hiệu suất chắc chắn, lâu dài khi được bảo dưỡng đúng cách. Hiệu suất tổng thể là sự kết hợp giữa độ kín và chất lượng không khí cùng với quá trình cài đặt và thiết lập ban đầu. Ngay cả trong một cài đặt lý tưởng, các vòng đệm bị mòn và rò rỉ theo thời gian đòi hỏi phải bảo trì và điều chỉnh liên tục. Tất cả những điều này làm mất thời gian của năng suất, chưa kể đến sự thay đổi áp suất sẽ tàn phá khả năng lặp lại và kiểm soát quy trình.
Bộ truyền động điện có thể được điều chỉnh kích thước cho các yêu cầu về tuổi thọ của máy. Rất ít hoặc không cần bảo trì.
6. Thu thập dữ liệu
Các cơ sở sản xuất hiện đại yêu cầu dữ liệu hiệu suất từ thiết bị sản xuất. Phân tích dữ liệu cho phép cải tiến quy trình.
Để các hệ thống khí nén thực hiện được điều này, chúng cần các bộ chuyển đổi tuyến tính đắt tiền và các cảm biến bổ sung để cung cấp phản hồi định vị. Các xi lanh thường có cảm biến tiệm cận nhưng thông tin mà chúng thu thập có thể không đầy đủ.
Các hệ thống truyền động xi lanh điện serv thường được tích hợp sẵn bộ sưu tập dữ liệu. Truyền động servo có thể theo dõi đặc tính hoạt động của động cơ. Dòng điện đến động cơ có thể được sử dụng để theo dõi mô-men xoắn có thể được sử dụng để xác định lực. Thiết bị phản hồi trên động cơ ghi lại vị trí, vận tốc và gia tốc/giảm tốc.
7. Hiệu quả và chi phí điện năng
Chi bao nhiêu cho bất kỳ thành phần nào là một quyết định cực kỳ quan trọng. Tuy nhiên, nhiều công ty hiện nay nhìn xa hơn giá mua để xem xét chi phí vận hành, như bảo trì và điện để đánh giá tổng chi phí sở hữu.
Xi lanh chạy bằng không khí và hệ thống khí nén hỗ trợ của chúng chỉ hoạt động với hiệu suất từ 10 đến 20 phần trăm. Thêm vào đó, rất nhiều khí nén đắt tiền bị thất thoát do rò rỉ. Những rò rỉ này có thể là do các lỗ nhỏ trên đường vận chuyển, phớt bị mòn hoặc kết nối được lắp kém.
Các hệ thống truyền động điện thường hoạt động với hiệu suất từ 70 đến 80 phần trăm và chỉ sử dụng năng lượng khi thực hiện công việc. (Một hệ thống khí nén yêu cầu máy nén chạy liên tục để duy trì áp suất trong xi lanh.)
8. Sốc và tải trọng bên
Trong các ứng dụng có chấn động và/hoặc rung động bên ngoài hoặc do ứng dụng gây ra, bản chất có thể nén được của không khí trong xi lanh hoạt động như một lớp đệm tự nhiên giúp xi lanh chịu được va đập.
Bộ truyền động điện với cụm vít và hệ thống ổ trục nhạy cảm hơn với tải va đập. Tùy thuộc vào thời gian sử dụng cần thiết trong một ứng dụng, bộ truyền động điện có thể phải quá khổ để chịu được tải va đập.
Trong các tình huống mà xi lanh thanh (không khí hoặc điện) gặp tải trọng bên, sẽ không hoạt động tốt. Tải trọng bên sẽ gây mòn sớm các vòng đệm của xi lanh khí. Trong một thiết bị truyền động điện, tải trọng bên tạo áp lực lên cụm vít/đai ốc. Điều kiện tải này cũng sẽ làm mòn phớt thanh truyền sớm và có thể cho phép các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào thân bộ truyền động gây hao mòn và hỏng hóc nhiều hơn.
Tóm tắt
Có nhiều yếu tố cần xem xét khi lựa chọn một hệ thống chuyển động tuyến tính. Tám điều được liệt kê ở đây rất quan trọng khi một nhà thiết kế cần lựa chọn giữa chuyển động thẳng bằng khí nén và bằng điện.
Mỗi ứng dụng sẽ là duy nhất. Nếu bạn có thắc mắc hoặc cần đầu vào kỹ thuật từ các chuyên gia chuyển động tuyến tính, hãy liên hệ với chúng tôi.
Tôi là Lê Minh Tiến, phụ trách phòng kỹ thuật của công ty Minh Việt E-linearmotion. Là một kỹ thuật viên ngành điện, điện tự động hóa. Qua hơn 10 năm tiếp xúc với các sản phẩm – phụ kiện, linh kiện điện công nghiệp như xy lanh điện, trục vít me, các loại vít me, atomat…. Nhờ đó tôi có đủ khả năng phân biệt các sản phẩm tốt và có thể tư vấn cho bạn những sản phẩm phù hợp với nhu cầu nhất. Nhằm tránh lãng phí khi dùng sản phẩm không đúng công suất cần thiết của từng máy móc.
