किफायती कीमत पर उच्च बल प्रदान करने वाले हाइड्रोलिक सिलेंडर दशकों से कारखाने के स्वचालन उपकरणों और अन्य विशेष स्वचालन उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते रहे हैं। हाइड्रोलिक सिलेंडर मजबूत होते हैं, इन्हें लगाना अपेक्षाकृत आसान होता है और प्रति इकाई बल की लागत कम होती है। हाल के वर्षों में, इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स (सर्वो सिलेंडर) अधिक लचीले, सटीक और विश्वसनीय हो गए हैं और इनकी बल क्षमता लगातार बढ़ रही है। इन प्रगति ने इस बात पर निरंतर बहस को जन्म दिया है कि कौन सी तकनीक—हाइड्रोलिक सिलेंडर या इलेक्ट्रिक एक्चुएटर—सर्वोत्तम समाधान प्रदान करती है।

1. इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स बनाम हाइड्रोलिक सिलेंडर:सिस्टम घटक

हाइड्रोलिक सिलेंडर प्रणाली के लिए आवश्यक घटकों की संख्या और कुल स्थान, विद्युत प्रणाली की तुलना में कहीं अधिक होता है। हाइड्रोलिक प्रणालियों के लिए निम्नलिखित की आवश्यकता होती है:

• एक सिलेंडर

• तेल का दबाव प्रदान करने वाली एक विद्युत इकाई

• नियंत्रण और सहायक वाल्व

• फिल्टर

• पाइप

• फिटिंग

• अतिरिक्त घटक

हाइड्रोलिक सिलेंडर कार्य स्थल (जहां विद्युत घनत्व की आवश्यकता होती है) पर कम जगह घेरते हैं, लेकिन हाइड्रोलिक पावर यूनिट (एचपीयू), जो इन एक्चुएटर्स और अन्य घटकों में प्रवाह और दबाव को नियंत्रित करती है, फर्श पर अधिक जगह घेर सकती है। एचपीयू छोटे नहीं होते और आमतौर पर सिलेंडर के पास ही लगाए जाते हैं, जिससे सिस्टम का आकार और बढ़ जाता है। दूरस्थ स्थानों पर लगे एचपीयू वाले बहुत बड़े सिस्टम में, लंबी नली हाइड्रोलिक सिस्टम की समग्र मजबूती और दक्षता को कम कर सकती है।

इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स आकार में छोटे होते हैं। इन प्रणालियों में एक मैकेनिकल एक्चुएटर, एक मोटर (सर्वो या अन्य), एक वैकल्पिक गियरबॉक्स, केबल और एक ड्राइव/एम्पलीफायर शामिल होते हैं, जो आमतौर पर एक कंट्रोल कैबिनेट में लगे होते हैं।

हालांकि इलेक्ट्रिक एक्चुएटर—जिसमें पावर स्क्रू और बेयरिंग सिस्टम एकीकृत होते हैं—हाइड्रोलिक सिलेंडर की तुलना में अधिक लंबाई का होता है, लेकिन सिस्टम के समग्र आकार को ध्यान में रखते हुए, यह अतिरिक्त लंबाई सर्वो ड्राइव के अपेक्षाकृत छोटे आकार के कारण पर्याप्त हो जाती है—जो कार्यात्मक रूप से एचपीयू के समकक्ष है। आमतौर पर, स्वचालन उपकरण एक नियंत्रण कैबिनेट का उपयोग करते हैं और उन्हें एक अतिरिक्त ड्राइव के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। सर्वो ड्राइव के लिए आकार की आवश्यकताएं आमतौर पर एचपीयू के आकार की आवश्यकताओं का एक अंश होती हैं।

नए सिस्टम डिज़ाइनों में, यदि कार्य बिंदु पर अतिरिक्त स्थान को इलेक्ट्रिक एक्चुएटर के वर्किंग स्ट्रोक और समग्र लंबाई को समायोजित करने के लिए बनाया जा सकता है, तो बड़े पावर यूनिटों की आवश्यकता को समाप्त करके मशीन के समग्र आकार को काफी कम किया जा सकता है।

2. इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स बनाम हाइड्रोलिक सिलेंडर:गति नियंत्रण क्षमताएँ

इंजीनियर हाइड्रोलिक सिलेंडर सिस्टम के बजाय इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम को इसलिए चुनते हैं क्योंकि इसमें गति नियंत्रण की व्यापक क्षमता होती है: स्थिति नियंत्रण (कई स्थितियाँ, सटीकता); वेग नियंत्रण; त्वरण/मंदन नियंत्रण; आउटपुट बल नियंत्रण; और गति के इन सभी चरों का जटिल नियंत्रण। सर्वो ड्राइव और मोटर सिस्टम के साथ इलेक्ट्रिक एक्चुएटर स्थिति पर असीमित नियंत्रण प्रदान करते हैं। स्थिति की सटीकता और दोहराव क्षमता हाइड्रोलिक सिस्टम की क्षमताओं से कहीं अधिक है।

मानक हाइड्रोलिक्स एंड-टू-एंड पोजीशनिंग अनुप्रयोगों के लिए बेहतरीन हैं, लेकिन मिड-स्ट्रोक पोजीशनिंग अधिक जटिल है, जिसके लिए एक कंट्रोल वाल्व और ऑपरेटर की सहायता की आवश्यकता होती है। मिड-स्ट्रोक पोजीशनिंग ओपन लूप है और इसके लिए ऑपरेटर को यह तय करना होता है कि कौन सी पोजीशन स्वीकार्य है। इसके अतिरिक्त, गति नियंत्रण को एक कंट्रोल वाल्व के माध्यम से मॉनिटर किया जाता है और इसके लिए भी ऑपरेटर को अनुप्रयोग के लिए स्वीकार्य गति निर्धारित करनी होती है, लेकिन सटीक गति सेटिंग प्राप्त करना अक्सर मुश्किल होता है। एक बार गति सेटिंग समायोजित हो जाने के बाद, हाइड्रोलिक सिलेंडर से आवश्यक दबाव बल आउटपुट को प्रेशर वाल्व के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। अंत में, हाइड्रोलिक सिलेंडर की पोजीशन, गति और बल की पुनरावृत्ति सील के घिसने, रिसाव, पंप से दबाव में गिरावट और उतार-चढ़ाव और अन्य रखरखाव कारकों पर निर्भर करती है। उत्पादन वातावरण में तापमान में बदलाव के कारण तेल की गुणवत्ता और चिपचिपाहट में परिवर्तन होने पर दिन-प्रतिदिन, महीने-दर-महीने या साल-दर-साल पुनरावृत्ति प्रदर्शन प्राप्त करना कठिन होता है। वांछित प्रदर्शन स्तर प्राप्त करने के लिए ऑपरेटर के निरंतर हस्तक्षेप की आवश्यकता होगी।

सर्वो-हाइड्रोलिक कहलाने वाले अधिक उन्नत हाइड्रोलिक सिस्टम स्थिति, वेग और बल को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते हैं, लेकिन इनमें अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता होती है—एक सर्वो नियंत्रक, एक इलेक्ट्रोहाइड्रोलिक सर्वो वाल्व और एक स्थिति प्रतिक्रिया उपकरण जैसे कि एक रैखिक ट्रांसड्यूसर—जो सिस्टम की जटिलता, स्थान और लागत को काफी बढ़ा देते हैं। ये घटक हाइड्रोलिक सिलेंडर में दबाव और प्रवाह को नियंत्रित करते हैं, ठीक उसी तरह जैसे एक सर्वो ड्राइव सर्वो मोटर में करंट को नियंत्रित करता है। हाइड्रोलिक सिस्टम में और भी उन्नत नियंत्रक होते हैं, जो कई अक्षों को एक साथ समन्वित करने की अनुमति देते हैं। हालांकि, हाइड्रोलिक सिस्टम के कार्यान्वयन में यह दुर्लभ है, और ये नियंत्रक पूरे सिस्टम की जटिलता और लागत को अत्यधिक बढ़ा देते हैं। इसके अलावा, ये काफी संवेदनशील हो सकते हैं और वांछित प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।

सर्वो नियंत्रण प्रणाली के साथ संयोजन करने पर, विद्युत एक्चुएटर असीमित नियंत्रण और बेहतर सटीकता एवं दोहराव प्रदान करते हैं। आज अधिकांश आधुनिक नियंत्रण प्रणालियों में बहु-अक्षीय सर्वो नियंत्रक आसानी से उपलब्ध हैं। सीमित हाइड्रोलिक एक्चुएटरों की तुलना में, नियंत्रकों और विद्युत एक्चुएटरों को जटिल विन्यासों में अधिक आसानी से और लागत प्रभावी ढंग से समन्वित किया जा सकता है। एक या एक से अधिक विद्युत एक्चुएटरों का वेग हर समय सटीक रूप से नियंत्रित होता है और बिना रुके या स्थिति से आगे बढ़े आसानी से एक गति से दूसरी गति में परिवर्तित हो सकता है। त्वरण और मंदी नियंत्रण का अर्थ है कि विद्युत एक्चुएटर अचानक नहीं रुकेंगे या झटके से काम करना शुरू नहीं करेंगे। इससे फ्रेम तत्वों पर तनाव कम होता है और झटकों को सहन करने के लिए संरचनाओं को अत्यधिक मजबूत बनाने की आवश्यकता नहीं होती है। सभी गतिविधियाँ सुचारू होंगी - जिससे विद्युत एक्चुएटरों का उपयोग उन महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में किया जा सकता है जहाँ मशीन कंपन स्वीकार्य नहीं हैं या प्रक्रिया की गति प्रभावित होती है। बल को सर्वो मोटर में धारा के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। चूंकि सर्वो नियंत्रकों का धारा पर सटीक नियंत्रण होता है, इसलिए लगभग सभी विद्युत एक्चुएटर कार्य बिंदु पर बल आउटपुट का सटीक और दोहराव योग्य नियंत्रण प्रदान करते हैं।

अंत में, इलेक्ट्रिक एक्चुएटर्स की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि वे सभी मोशन प्रोफाइल वेरिएबल्स का प्रोग्रामेबल कंट्रोल प्रदान कर सकते हैं। परिणामस्वरूप, ऑपरेटर को केवल प्रारंभिक डिज़ाइन में वांछित प्रदर्शन वेरिएबल्स को पीएलसी या किसी अन्य कंट्रोलर के प्रोग्रामिंग वातावरण में शामिल करने के लिए समय देना होता है। एक बार सेट हो जाने के बाद, ऑपरेशन दिन-प्रतिदिन, महीने-दर-महीने और साल-दर-साल दोहराया जाता है। इसके अलावा, एचएमआई (ह्यूमन मशीन इंटरफेस) स्क्रीन के उपयोग से, स्थिति, वेग, त्वरण/मंदी और बल के वेरिएबल्स को किसी भी समय आसानी से बदला जा सकता है, जिससे अधिकतम लचीलापन मिलता है। ओईएम वातावरण में, इलेक्ट्रिक सिस्टम की स्थिरता फ्लूइड सिस्टम की तुलना में अधिक होने के कारण सिस्टम के प्रदर्शन को नियंत्रित करना आसान होगा।

3. इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स बनाम हाइड्रोलिक सिलेंडर:बल क्षमताएँ

उच्च परिचालन दाब के कारण, हाइड्रोलिक सिलेंडर प्रणालियाँ अत्यधिक बल उत्पन्न करने में सक्षम होती हैं। सामान्य दाब 1800 से 3000 psi (124.1 से 206.8 बार) तक होता है। कुछ उच्च दाब वाली हाइड्रोलिक प्रणालियों में, शक्ति घनत्व को और बढ़ाने के लिए 5000 psi (344.7 बार) तक के दाब का उपयोग किया जाता है। चूंकि हाइड्रोलिक सिलेंडर बल = दाब x क्षेत्रफल द्रव शक्ति सिद्धांत पर कार्य करते हैं, इसलिए उच्च दाब छोटे सिलेंडरों को भी बहुत अधिक बल उत्पन्न करने में सक्षम बनाते हैं। उदाहरण के लिए, 2200 psi पर 3-इंच और 5-इंच बोर वाले सिलेंडर क्रमशः लगभग 15,000 lbf (66,723.3 kN) और 43,000 lbf (191,273.5 kN) बल प्राप्त कर सकते हैं। हालांकि, हाइड्रोलिक सिलेंडरों का उपयोग आमतौर पर उनकी पूर्ण उत्पादन क्षमता के साथ नहीं किया जाता है; बेहतर नियंत्रण के लिए इन्हें आमतौर पर बड़े आकार का बनाया जाता है।

इलेक्ट्रिक एक्चुएटर्स पर विचार करते समय, आवश्यक कार्य बल का निर्धारण करना महत्वपूर्ण है। इलेक्ट्रिक एक्चुएटर के लिए आवश्यक अनुमानित बल का आकलन करने के लिए, आमतौर पर हाइड्रोलिक वर्क पोर्ट या सिस्टम प्रेशर को तब तक समायोजित किया जाता है जब तक कि ऑपरेशन संभव न हो जाए। इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम सर्वो मोटर के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा पर निर्भर करते हैं, जो यांत्रिक प्रणाली को टॉर्क प्रदान करती है, जिससे पावर स्क्रू घूमता है और बल उत्पन्न करता है। यह एक बड़ा लाभ है; बल तात्कालिक होता है। हाइड्रोलिक सिस्टम में, जहां सिस्टम की कठोरता अनुकूलित नहीं होती है, हाइड्रोलिक एक्चुएटर को बल प्राप्त करने के लिए दबाव बनने का इंतजार करना पड़ता है। इलेक्ट्रिक सिस्टम का एक और बड़ा लाभ यह है कि सर्वो कंट्रोलर स्वचालित रूप से धारा को नियंत्रित करता है। इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम मूल रूप से "मांग पर" धारा का उपयोग करता है। कोई भी समायोजन स्वचालित रूप से होता है। हाइड्रोलिक सिलेंडर को सक्रिय करने के लिए हाइड्रोलिक पावर यूनिट को सिस्टम में हमेशा दबाव बनाए रखना पड़ता है, जो काफी मुश्किल हो सकता है।

इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम का चयन करते समय, मोटर के आरपीएम और टॉर्क क्षमताओं के साथ-साथ इलेक्ट्रिक एक्चुएटर में स्क्रू लीड पर भी विचार करना महत्वपूर्ण है। सर्वो मोटर की गति और टॉर्क को लीड स्क्रू के यांत्रिक आउटपुट के साथ मिलाना जटिल हो सकता है। हाइड्रोलिक्स द्वारा उत्पन्न होने वाले अत्यधिक बल को इलेक्ट्रिक तकनीक से प्राप्त करना पूरी तरह से संभव है, लेकिन आमतौर पर, उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रिक एक्चुएटर का बॉडी व्यास बड़ा होता है और इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम की एक अधिकतम गति सीमा होती है जिसे पार नहीं किया जा सकता है। सिस्टम के आकार निर्धारण की जटिलता को आसानी से दूर किया जा सकता है क्योंकि एक्चुएटर और सर्वो कंपोनेंट निर्माता उपयोग में आसान मोशन कंट्रोल साइजिंग सॉफ्टवेयर पैकेज प्रदान करते हैं जो इन सभी कारकों को ध्यान में रखते हैं।

4. इलेक्ट्रिक रॉड एक्चुएटर्स बनाम हाइड्रोलिक सिलेंडर:वेग क्षमताएँ

उच्च बल पर उच्च वेग प्राप्त करना हाइड्रोलिक और इलेक्ट्रिक दोनों तकनीकों के लिए चुनौतीपूर्ण है। हाइड्रोलिक्स में बल के लिए दबाव और गति के लिए प्रवाह की आवश्यकता होती है। उच्च बल पर उच्च गति प्राप्त करने के लिए, सिस्टम में पर्याप्त दबावयुक्त तेल होना चाहिए ताकि आवश्यक मात्रा में तेल को आवश्यक समय में सिलेंडर में धकेला जा सके (जिसे प्रवाह कहा जाता है)। इसके लिए आमतौर पर दबावयुक्त मात्रा को बनाए रखने के लिए एक संचय प्रणाली की आवश्यकता होती है। लंबी स्ट्रोक वाले सिलेंडरों के साथ यह समस्या और बढ़ सकती है; बिना चार्ज किए गए संचायक सिस्टम में तेल की कमी कर सकते हैं। अंततः, हाइड्रोलिक संचायक प्रणालियों में अतिरिक्त क्षमता का उपयोग करने से वे उच्च बल पर उच्च गति प्राप्त कर सकते हैं। इस प्रक्रिया का नुकसान यह है कि हाइड्रोलिक सिस्टम पर सर्वो-हाइड्रोलिक नियंत्रण के बिना, अतिरिक्त ऊर्जा (बल x वेग) अनिवार्य रूप से एक ओपन लूप नियंत्रण योजना में उपयोग की जा रही है।

जैसा कि पहले बताया गया है, एक इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम की बल क्षमता सर्वो मोटर आरपीएम, सर्वो मोटर टॉर्क और स्क्रू लीड तथा संभवतः गियरबॉक्स से प्राप्त यांत्रिक लाभ के सही संयोजन पर निर्भर करती है। सर्वो मोटरों के आकार में वृद्धि के साथ, टॉर्क में आमतौर पर काफी वृद्धि होती है, लेकिन आरपीएम कम हो जाता है। बल और गति के चरम अनुप्रयोगों में, इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम द्वारा वांछित प्रदर्शन प्राप्त करने का एकमात्र तरीका सिस्टम को बहुत बड़ा बनाना है - जो कि अत्यधिक महंगा हो सकता है। इसके अलावा, याद रखें कि एक इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सिस्टम का गति प्रोफ़ाइल पर पूर्ण नियंत्रण होता है; इसे प्रत्येक चक्र की पूरी लंबाई तक स्ट्रोक करने की आवश्यकता नहीं होती है। साथ ही, त्वरण और मंदी के नियंत्रण के साथ, इलेक्ट्रिक सिस्टम अधिक तेज़ी से स्थिर हो सकता है, जिससे चक्र समय कम होता है और दक्षता बढ़ती है। अंत में, इलेक्ट्रिक एक्चुएटर तकनीक आवश्यक अधिकतम वेगों की आवश्यकता को कुछ हद तक कम कर सकती है क्योंकि अधिक बुद्धिमान, छोटे-छोटे मूवमेंट किए जा सकते हैं।