צילינדרים הידראוליים, הידועים בכוח גבוה במחיר סביר, נמצאים בשימוש נרחב בציוד אוטומציה של מפעלים ובציוד אוטומציה מיוחד אחר מזה עשרות שנים. מערכות הידראוליות הן עמידות, פשוטות יחסית לפריסה ומספקות עלות נמוכה ליחידת כוח. בשנים האחרונות, מפעילי מוט חשמליים (צילינדרים סרוו) הפכו גמישים, מדויקים ואמינים יותר עם קיבולות כוח הולכות וגדלות. התקדמות זו יצרה ויכוח מתמשך בשאלה איזו טכנולוגיה - צילינדר הידראולי או מפעיל חשמלי - מציעה את הפתרון הכולל הטוב ביותר.

1. מפעילי מוט חשמליים לעומת צילינדרים הידראוליים:רכיבי המערכת

מספר הרכיבים והשטח הכולל הנדרשים עבור מערכת צילינדרים הידראולית גדולים בהרבה מאשר עבור מערכת חשמלית. מערכות הידראוליות דורשות:

• צילינדר

• יחידת כוח לאספקת לחץ שמן

• שסתומי בקרה ואביזרים

• מסננים

• צינורות

• אביזרים

• רכיבים נוספים

צילינדרים הידראוליים מציעים טביעת רגל קומפקטית בנקודת העבודה (שם נדרשת צפיפות ההספק), אך יחידת הכוח ההידראולית (HPU) המווסתת את הזרימה והלחץ למפעילים אלה ולרכיבים אחרים, יכולה לדרוש טביעת רגל גדולה בשטח הרצפה. יחידות HPU אינן קטנות ובדרך כלל ממוקמות ליד הצילינדר עצמו, מה שמגדיל עוד יותר את טביעת הרגל של המערכת. במערכות גדולות מאוד עם יחידות HPU המותקנות מרחוק, צינורות ארוכים יכולים להפחית את הקשיחות והיעילות הכוללות של המערכת ההידראולית.

מפעילי מוט חשמליים מספקים טביעת רגל כוללת קטנה יותר. מערכות אלו משתמשות במפעיל מכני; מנוע (סרוו או אחר); תיבת הילוכים אופציונלית; כבלים; ומנגנון הינע/מגבר, שבדרך כלל מותקן בארון בקרה.

למרות שהמפעיל החשמלי - בשל תכנונו המשלב מערכת בורג כוח ומיסבים - אכן דורש אורך נוסף על צילינדר הידראולי, כאשר לוקחים בחשבון את טביעת הרגל הכוללת של המערכת, אורך נוסף זה מתפצה ביותר מגודלו הקטן בהרבה של מנוע הסרוו - המקבילה הפונקציונלית של יחידת מנוע הינע (HPU). בדרך כלל, ציוד אוטומציה משתמש בארון בקרה וניתן לתכנן אותו עבור מנוע נוסף. דרישות הגודל עבור מנוע סרוו הן בדרך כלל חלקיק מדרישות הגודל של יחידת מנוע הינע (HPU).

בתכנוני מערכות חדשים, אם ניתן להתאים את השטח הנוסף בנקודת העבודה למהלך העבודה ולאורכו הכולל של המפעיל החשמלי, ניתן להקטין משמעותית את טביעת הרגל הכוללת של המכונה על ידי ביטול הצורך ביחידות כוח גדולות.

2. מפעילי מוט חשמליים לעומת צילינדרים הידראוליים:יכולות בקרת תנועה

הסיבה העיקרית שבגללה מהנדסים בוחרים במערכת מפעילים חשמלית על פני מערכת צילינדרים הידראולית היא הגמישות של יכולות בקרת התנועה שלה: בקרת מיקום (מצבים מרובים, דיוק); בקרת מהירות; בקרת תאוצה/האטה; בקרת כוח הפלט; ובקרה מורכבת של כל משתני התנועה הללו תוך כדי תנועה. למפעילים חשמליים, בשילוב עם מערכת הנעה סרוו ומנוע, יש שליטה אינסופית על המיקום. דיוק וחזרתיות של המיקום חורגים בהרבה מיכולותיה של מערכת הידראולית.

הידראוליקה סטנדרטית מצוינת עבור יישומי מיקום מקצה לקצה, אך מיקום באמצע מהלך מורכב יותר, ודורש שסתום בקרה וסיוע של המפעיל. מיקום באמצע מהלך הוא בלולאה פתוחה ודורש מהמפעיל להחליט איזה מיקום מקובל. בנוסף, בקרת המהירות מנוטרת באמצעות שסתום בקרה ושוב דורשת מהמפעיל לכוון את המהירות המקובלת עבור יישום, אך הגעה להגדרת מהירות מדויקת לרוב קשה להשגה. לאחר כוונון הגדרת המהירות, פלט כוח הלחץ הנדרש מהצילינדר ההידראולי מווסת דרך שסתום הלחץ. לבסוף, החזרה של מיקום, מהירות וכוח של צילינדר הידראולי כפופים לאטמים שחוקים, דליפות, ירידות לחץ וקפיצות מהמשאבה וגורמי תחזוקה אחרים. קשה להשיג ביצועים חוזרים מיום ליום, חודש לחודש או משנה לשנה בסביבת ייצור כאשר איכות השמן וצמיגותו משתנות עקב שינויי טמפרטורה. השגת רמת הביצועים הרצויה תדרוש התערבות מתמדת של המפעיל.

מערכות הידראוליות מתקדמות יותר, הנקראות "סרוו-הידראוליות", יכולות לשלוט במדויק במיקום, במהירות ובכוח, אך הן דורשות רכיבים נוספים - בקר סרוו, שסתום סרוו אלקטרו-הידראולי והתקן משוב מיקום כגון מתמר ליניארי - אשר מוסיפים מורכבות, מקום ועלות משמעותיים. רכיבים אלה שולטים בלחץ ובזרימה לתוך הצילינדר ההידראולי, בדומה לאופן שבו מנוע סרוו שולט בזרם למנוע סרוו. למערכות הידראוליות יש גם בקרים מתקדמים אף יותר, המאפשרים לתאם צירים מרובים יחד. עם זאת, זה נדיר ביישום מערכות הידראוליות, ובקרים אלה מוסיפים מורכבות ועלות קיצוניים למערכת הכוללת. בנוסף, הם יכולים להיות רגישים למדי וזקוקים לתחזוקה מדוקדקת כדי להבטיח את הביצועים הרצויים.

בשילוב עם מערכת בקרת סרוו, מפעילים חשמליים מציעים יותר מבקרה אינסופית ודיוק וחזרתיות מעולים. בקרי סרוו מרובי צירים זמינים בקלות מהמדף ברוב מערכות הבקרה המודרניות כיום. בקרים ומפעילים חשמליים מתואמים יחד ביתר קלות וחסכוניות בתצורות מורכבות בהשוואה לסוגים הידראוליים מוגבלים יותר. המהירות של מפעיל חשמלי אחד או יותר נשלטת בצורה מדויקת ומדויקת בכל עת ויכולה לשלב בקלות ממהירות אחת לאחרת מבלי לעצור או לעקוף את המצב. בקרת האצה והאטה פירושה שמפעילים חשמליים לא "יתנגשו" בעצירות חזקות או ייכנסו לפעולה. זה מבטל את הלחץ על רכיבי המסגרת ואת הצורך בהנדסה יתרה של מבנים כדי לעמוד בעומסי הלם. כל התנועות יהיו חלקות - מה שיאפשר שימוש במפעילים חשמליים בתהליכים קריטיים למשימה שבהם רעידות המכונה אינן מקובלות או שמהירות התהליך מושפעת. הכוח נשלט באמצעות זרם למנוע הסרוו. מכיוון שבקרי הסרוו שולטים בזרם בצורה מדויקת, כמעט כל המפעילים החשמליים מספקים בקרה מדויקת וחזרתית של פלט הכוח בנקודת העבודה.

לבסוף, מאפיין חשוב של מפעילים חשמליים הוא יכולתם לספק בקרה ניתנת לתכנות על כל משתני פרופיל התנועה. כתוצאה מכך, האינטראקציה היחידה הנדרשת עם המפעיל היא זמן התכנון מראש כדי לבנות משתני ביצועים רצויים לתוך בקר PLC או סביבת תכנות של בקר אחר. לאחר ההגדרה, הפעולה חוזרת על עצמה מיום ליום, חודש לחודש ומשנה לשנה. יתר על כן, בעזרת מסכי HMI (ממשק אדם-מכונה), ניתן לשנות בקלות את משתני המיקום, המהירות, התאוצה/האטה והכוח בכל עת, מה שמספק גמישות מרבית. בסביבת יצרן ציוד מקורי (OEM), ביצועי המערכת יהיו קלים יותר לשליטה עקב העקביות המוגברת של מערכת חשמלית לעומת מערכת נוזלית.

3. מפעילי מוט חשמליים לעומת צילינדרים הידראוליים:יכולות כוח

בשל לחצי הפעולה הגבוהים שלהן, מערכות צילינדרים הידראוליים מצוינות בייצור כוחות גבוהים במיוחד. לחצים אופייניים נעים בין 1800 ל-3000 psi (124.1 עד 206.8 בר). במערכות הידראוליות בלחץ גבוה מסוימות, דירוגי לחץ של עד 5000 psi (344.7 בר) משמשים כדי להדגיש עוד יותר את צפיפות ההספק. מכיוון שצילינדרים הידראוליים פועלים על פי עקרון כוח = לחץ x שטח, הלחצים הגבוהים מאפשרים לצילינדרים קטנים יותר להגיע לכוחות גדולים מאוד. לדוגמה, צילינדרים בקוטר 3 אינץ' ו-5 אינץ' בלחץ של 2200 psi יכולים להשיג כ-15,000 lbf (66,723.3 kN) ו-43,000 lbf (191,273.5 kN), בהתאמה. עם זאת, צילינדרים הידראוליים אינם מנוצלים בדרך כלל במלוא יכולת כוח הפלט שלהם; הם בדרך כלל גדולים מדי כדי לשפר את הבקרה.

כאשר בוחנים מפעילים חשמליים, חשוב לקבוע את כוח העבודה הנדרש. כדי להעריך את הכוח המשוער הנדרש עבור מפעיל חשמלי, הגישה האופיינית היא לכוונן את פתח העבודה ההידראולי או את לחץ המערכת עד שלא ניתן עוד לבצע את הפעולה. מערכות מפעילים חשמליים מסתמכות על זרם דרך מנוע הסרוו כדי לייצר מומנט למערכת המכנית, אשר מניעה את בורג הכוח להסתובב וליצור כוח. זהו יתרון עצום; הכוח הוא מיידי. במערכות הידראוליות, שבהן קשיחות המערכת אינה אופטימלית, המפעיל ההידראולי חייב להמתין לבניית לחץ עד להשגת כוח. יתרון גדול נוסף במערכות חשמליות הוא שבקר הסרוו מווסת אוטומטית את הזרם. מערכת המפעילים החשמלית משתמשת למעשה בזרם "לפי דרישה". כל כוונון מתרחש באופן אוטומטי. יחידת כוח הידראולית חייבת תמיד לשמור על לחץ במערכת כדי שהצילינדר ההידראולי יופעל, דבר שיכול להיות קשה מאוד.

בעת בחירת מערכת מפעיל חשמלית, חשוב לקחת בחשבון את יכולות הסל"ד והמומנט של המנוע, יחד עם גובה הבורג במפעיל החשמלי. התאמת המהירות והמומנט ממנוע הסרוו לפלט המכני של גובה הבורג יכולה להיות מורכבת. השגת הכוחות הקיצוניים שההידראוליקה יכולה לייצר אפשרית לחלוטין באמצעות טכנולוגיה חשמלית, אך בדרך כלל, למפעיל החשמלי המופעל יהיה קוטר גוף גדול יותר ולמערכת המפעיל החשמלית תהיה מהירות מקסימלית שלא ניתן לחרוג ממנה. ניתן להתגבר בקלות על המורכבות בקביעת גודל מערכת, שכן יצרני מפעילים ורכיבי סרוו מספקים חבילות תוכנה קלות לשימוש לגודל בקרת תנועה, המתחשבות בכל המשתנים הללו.

4. מפעילי מוט חשמליים לעומת צילינדרים הידראוליים:יכולות מהירות

השגת מהירויות גבוהות בכוחות גבוהים מציבה אתגרים הן עבור טכנולוגיות הידראוליות והן עבור טכנולוגיות חשמליות. הידראוליקה דורשת לחץ לצורך כוח וזרימה לצורך מהירות. כדי להשיג מהירויות גבוהות יותר בכוחות גבוהים יותר, חייב להיות מספיק שמן בלחץ במערכת כדי לדחוף את נפח השמן הנדרש לתוך גליל בפרק הזמן הנדרש (מוגדר כזרימה). זה בדרך כלל דורש מערכת אגירה שתחזיק את נפח הלחץ. הבעיה יכולה להתרבות עם גלילים בעלי מהלך ארוך; מצברים לא טעונים עלולים לרוקן את המערכת משמן. בסופו של דבר, פריסת קיבולת נוספת במערכות מצברים הידראוליות מאפשרת להן להשיג מהירויות גבוהות בכוחות גבוהים. החיסרון של נוהג זה הוא שללא בקרה סרוו-הידראולית על המערכת ההידראולית, אנרגיה עודפת (כוח x מהירות) מנוצלת למעשה בתכנית בקרה בלולאה פתוחה.

כפי שצוין קודם לכן, יכולות הכוח של מערכת מפעילים חשמלית תלויות בשילוב הנכון של סל"ד מנוע הסרוו, מומנט מנוע הסרוו והיתרון המכני ממוליך הבורג ואולי גם מגיר. ככל שמנועי הסרוו גדלים בגודלם, המומנט בדרך כלל עולה משמעותית אך הסל"ד יורד. ביישומים קיצוניים של כוח ומהירות, הדרך היחידה שבה מערכת מפעילים חשמלית עשויה להשיג את הביצועים הרצויים היא להגדיל את המערכת באופן משמעותי - דבר שיכול להיות יקר מדי. לחלופין, זכרו שלמערכת מפעילים חשמלית יש שליטה מלאה על פרופיל התנועה; היא אינה חייבת לבצע תנועות לאורך כל מחזור. בנוסף, עם שליטה על תאוצה והאטה, המערכת החשמלית יכולה להתייצב מהר יותר, מה שמקצר את זמן המחזור ומגביר את היעילות. לבסוף, טכנולוגיית מפעילים חשמליים עשויה להקל על חלק ממהירויות השיא הנדרשות מכיוון שניתן לבצע תנועות חכמות וקצרות יותר.