Основной принцип работы электрических цилиндров заключается в выполнении полезной работы путем преобразования вращательного (кругового) движения приводного элемента в линейное (прямолинейное) движение. Модели электрических цилиндров различаются по типу двигателя, обеспечивающего вращательное движение, типу винтового вала, обеспечивающего линейное перемещение, и типам соединений, позволяющим комбинировать эти два компонента.
Электрические цилиндры часто сравнивают с пневматическими цилиндрами из-за областей их применения. Иногда такое сравнение можно провести и с гидравлическими цилиндрами. Все три системы имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от своих характеристик. Пользователям следует учитывать эти вопросы при выборе продукции для своих задач. Электрические приводы используются в машиностроении, автомобилестроении и автомобильной промышленности, пищевой промышленности, текстильной промышленности, упаковке, медицинском оборудовании, контрольно-измерительных приборах, робототехнике и электронике. Электрические цилиндры отличаются от других систем и имеют механическую конструкцию. Перемещение обеспечивается винтовым валом, расположенным в корпусе. Шариковый винт обеспечивает передачу мощности, преобразуя круговое движение, получаемое от двигателя, в линейное. В зависимости от используемых в электрических цилиндрах механических компонентов и типа двигателя обеспечивается высокая точность позиционирования, регулирование скорости и силы.

Конструкция электрического цилиндра

Конструкция электрического цилиндра в основном состоит из 3 основных элементов. Поскольку цилиндрическую часть можно рассматривать отдельно, двигатель обычно воспринимается как единое целое.

1. Цилиндр

Цилиндр — это элемент, который совершает работу, преобразуя круговое движение, получаемое от двигателя, в линейное. В зависимости от используемых механических компонентов, максимальная грузоподъемность, точность позиционирования, максимальная скорость и максимальная длина хода цилиндра варьируются.

2. Адаптер для подключения двигателя

Это механизм, передающий движение двигателя в цилиндр. Он соединен между цилиндром и двигателем. В зависимости от области применения двигатель может быть установлен либо аксиально, либо параллельно цилиндру.

3. Двигатель

Двигатель является основным источником энергии для цилиндра. Он приводит цилиндр в движение. Электрические цилиндры могут использоваться с серводвигателями, шаговыми двигателями, двигателями постоянного тока и двигателями переменного тока.
Усилие, прикладываемое электрическим цилиндром со встроенным сервомотором, может регулироваться без необходимости использования внешнего оборудования. Электрический цилиндр с сервомотором позволяет осуществлять высокоточное позиционирование в нескольких положениях. Возможна обратная связь относительно выполненного позиционирования. В процессе работы можно изменять скорость и ускорение электрического цилиндра. Все эти операции контролируются ПЛК. Для других типов генераторов движения эти операции возможны с добавлением внешнего оборудования (датчика, линейной шкалы и т. д.).

Характеристики электроцилиндра

1. Позиционное управление с помощью электроцилиндра

С помощью электрических цилиндров можно обеспечить точное позиционирование в нескольких положениях. Точность позиционирования электрического цилиндра зависит от точности шарикового винта и используемого элемента считывания положения. Цилиндр перемещается на шаг шарикового винта за каждый оборот двигателя. Как только движение останавливается, цилиндр позиционируется. Управляя движением шарикового винта, можно установить цилиндр в нужное положение.
В то время как точность позиционирования 0,02 мм может быть достигнута с помощью шариковинтовой передачи в электрических цилиндрах, при использовании трапецеидальной передачи это значение остается порядка 0,1 мм. Выбор элемента считывания положения (энкодера, линейной шкалы и т. д.) должен соответствовать требуемой точности позиционирования.
Благодаря встроенному в электроцилиндр сервомотору, информация о положении может считываться без необходимости использования внешних элементов. Эта информация может быть обработана и оценена. Цилиндр устанавливается во второе положение после некоторого ожидания в первом положении. Количество положений не ограничивается двумя, его можно увеличить.
Если электрические цилиндры используются с двигателями, не имеющими встроенного датчика положения, для управления положением требуется внешнее оборудование. Позиционирование может осуществляться путем управления движением цилиндра с помощью информации о положении, получаемой от внешнего оборудования.

2. Регулировка скорости с помощью электроцилиндра

Скорость электрического цилиндра зависит от шага шариковинтовой передачи и скорости двигателя. Скорость можно регулировать, изменяя количество оборотов шариковинтовой передачи. Скорость также можно изменять, изменяя скорость двигателя во время движения. Потери времени можно исключить, регулируя ускорение в зависимости от области применения. В начале движения цилиндр движется с меньшей скоростью, а через определенный промежуток времени — с большей, чтобы достичь второго положения.

3. Электропривод управления ускорением цилиндра

Изменяя значения ускорения и замедления двигателя, встроенного в электроцилиндр, можно контролировать ускорение цилиндра. Это предотвращает опасные пуски и остановки цилиндра под большими нагрузками. В приложениях, требующих быстрого цикла, желаемое время цикла может быть достигнуто путем регулировки быстрых пусков и остановок. Цилиндр достигает определенной скорости при различных значениях ускорения.

4. Регулировка усилия с помощью электроцилиндра

Сила, прилагаемая электроцилиндром, зависит от мощности двигателя и механической конструкции цилиндра. Силу цилиндра можно регулировать, изменяя мощность двигателя. Сегодня с помощью электроцилиндров достигаются усилия в 300 кН.
Силу можно регулировать с помощью режима крутящего момента двигателя в электрическом цилиндре со встроенным сервомотором. Цилиндр может быть ограничен определенной силой, оставаясь постоянным при определенной силе. Можно считывать информацию о силе и положении. Эта информация может быть обработана и оценена. В зависимости от требуемой чувствительности информации о силе может потребоваться использование датчика силы. Эту информацию можно получить с помощью датчика силы, когда двигатель работает без режима крутящего момента в электрическом цилиндре.

Электроцилиндры — один из результатов развития высоких технологий и Четвертой промышленной революции. Широкое использование интеллектуальных систем с большим количеством циклов, позволяющих производить различные изделия на одном и том же станке, и низкими эксплуатационными расходами, увеличивает потребность в электроцилиндрах. Ожидается, что со временем эти изделия в значительной степени займут их место, поскольку они обладают значительными преимуществами по сравнению с цилиндрами, использующими гидравлическую энергию. Электроцилиндры отличаются от других систем и имеют механическую структуру. Перемещение обеспечивается винтовым валом, расположенным в корпусе. Шариковый винт обеспечивает передачу энергии, преобразуя круговое движение, получаемое от двигателя, в линейное. В зависимости от используемых в электроцилиндрах механических компонентов и типа двигателя обеспечивается высокая точность позиционирования, регулирование скорости и силы. Помимо преимуществ для пользователя, электроцилиндры являются экологически чистыми изделиями. С точки зрения энергоэффективности, которая является одной из наших главных задач сегодня, электроцилиндры очень чувствительны по сравнению с другими системами. После 2000 часов испытаний в одинаковых условиях, при одинаковой нагрузке и скорости, было установлено, что электрический цилиндр в 11 раз эффективнее пневматического цилиндра по энергопотреблению.