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L'électrification des actionneurs linéaires apporte une nouvelle productivité et une nouvelle flexibilité dans le domaine de la manutention

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Les actionneurs linéaires électriques permettent d'atteindre de nouveaux sommets dans le domaine de la manutention.

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Alors que la transformation numérique étend le champ de l'automatisation à davantage d'axes et que les actionneurs linéaires électriques gèrent des charges de plus en plus lourdes, de plus en plus de concepteurs de systèmes de manutention convertissent la commande de mouvement hydraulique et pneumatique à l'électrique, en particulier dans les nouveaux projets. Les fournisseurs d'actionneurs linéaires réagissent en proposant des innovations qui étendent le champ d'application de l'automatisation de la manutention en matière de gestion de la charge, de dimensionnement, d'intelligence, de durabilité, d'efficacité énergétique, de sécurité et d'ergonomie.

Le champ d'application de l'automatisation de la manutention

Les actionneurs linéaires électriques offrent de plus en plus de possibilités sophistiquées et avancées pour l'automatisation de la manutention. Qu'il s'agisse de l'intralogistique périphérique du convoyage et du transport ou du soutien aux processus de production tels que l'alimentation et le remplissage, la manutention est de plus en plus vitale pour les opérations industrielles. (Figure 1)

Dans une opération d'assemblage, par exemple, des actionneurs linéaires peuvent alimenter des matériaux, les manipuler pour optimiser l'accès aux surfaces de travail ou détourner des objets d'un convoyeur vers un autre. Dans une opération d'emballage alimentaire, pour prendre un autre exemple, la mise en place peut prendre jusqu'à la moitié du cycle de travail. Les actionneurs linéaires peuvent réduire ce temps en automatisant le dépliage du carton ou la découpe du film.

Les actionneurs électriques peuvent également étendre le rayon d'action contrôlable, en transportant des matériaux vers ou depuis le lieu de traitement. Ils peuvent soutenir les mouvements des chariots élévateurs, des véhicules à guidage automatique (AGV), des unités de levage télescopiques ou des convoyeurs aériens.

Facteurs influençant les mouvements industriels

L'automatisation des séquences de mouvements de manutention nécessite de prendre en compte les facteurs suivants :

- Propriétés physiques. Les développeurs de l'automatisation de la manutention doivent tenir compte de la forme, du poids, de la taille, de la position et de la stabilité de la direction des colis qui se déplacent dans une installation ou un système de convoyage. Ils doivent également tenir compte de l'influence des matériaux utilisés sur la roulabilité, la glissance, l'empilabilité, la sensibilité des surfaces et la rigidité des emballages.

- Paramètres environnementaux. Les concepteurs d'équipements de manutention doivent tenir compte de paramètres tels que l'agencement des locaux, les limites de taille des machines et les degrés de liberté disponibles.

- Paramètres de mouvement. Comme la plupart des applications de commande de mouvement, les applications de manutention tiennent compte du poids et de l'inertie de la charge utile, déterminés par la vitesse et l'accélération dans le cadre des temps de cycle et de la précision requise.

Les applications de manutention peuvent également nécessiter une attention particulière aux facteurs cinématiques tels que la dérive, le dépassement, le temps de stabilisation et l'interchangeabilité, en accordant une attention particulière à l'entraînement, au système de transmission de puissance, au système de mesure de la position et aux roulements. Le frottement peut entraîner un jeu dans les roulements, une mauvaise résolution des systèmes de mesure de la position et une déformation statique de la structure. La flexibilité dynamique peut contribuer aux faiblesses neuronales, ce qui peut entraîner des erreurs et des défaillances. Les concepteurs d'équipements doivent tenir compte de tous ces facteurs dans le contexte de la maintenance, de la sécurité et de la durabilité.

Qualités d'électrification pour la manutention

Les actionneurs linéaires électriques sont utilisés dans les opérations de manutention depuis de nombreuses années, et au cours de cette période, des progrès ont été réalisés, les optimisant pour soutenir de nouvelles opérations industrielles. Ces progrès sont les suivants

- Manipulation de charges lourdes

Les actionneurs électriques peuvent désormais supporter des charges lourdes allant jusqu'à 25 kN, qui étaient auparavant reléguées aux vérins hydrauliques ou pneumatiques. Ces améliorations sont dues en grande partie à l'amélioration des matériaux des composants et aux progrès de la technologie des vis à billes, comme l'utilisation de roulements à billes.

- Des longueurs de course plus importantes

Les actionneurs linéaires électriques sont désormais capables de courses plus longues, ce qui leur permet de s'attaquer à des applications que l'hydraulique et le pneumatique dominaient jusqu'à présent. Alors que les actionneurs linéaires électriques étaient auparavant limités à 300 ou 400 millimètres, ils peuvent désormais atteindre une course de 1,2 mètre.

- Compacité

Les actionneurs sont souvent conçus dans des espaces restreints. Sur une ligne d'emballage, par exemple, les systèmes d'alimentation et de découpe peuvent être en concurrence avec d'autres unités pour ce qui est de l'espace. Sur un AGV ou un chariot élévateur, l'espace est toujours compté et la taille de l'actionneur peut également avoir un impact sur la consommation d'énergie. Les actionneurs dont le boîtier a la taille d'un passeport peuvent désormais supporter des charges allant jusqu'à 2 000 N (450 livres). Ils s'intègrent dans des espaces restreints pour lesquels les actionneurs de la génération précédente étaient soit trop grands, soit trop faibles.

Cette compacité et cette simplicité sont des différences majeures par rapport à l'hydraulique et au pneumatique, qui nécessitent une infrastructure imposante d'équipements tels que des pompes, des tuyaux, des vannes, des réservoirs et des compresseurs. Les actionneurs électriques se branchent simplement sur une alimentation électrique et se connectent à un réseau. L'intégration d'un automate programmable permet un contrôle plus efficace et plus transparent des actionneurs électriques, ce qui se traduit par une réduction des temps d'arrêt, une augmentation de la productivité et des économies.

- Intelligence

Les actionneurs électriques linéaires sont désormais disponibles avec des commandes modulaires embarquées qui permettent de simples interrupteurs marche/arrêt, des commutations de bas niveau, un retour d'information sur la position et l'intégration d'un réseau de bus CAN. Ils peuvent surveiller et contrôler, diagnostiquer, lire la position et les statistiques de fonctionnement en temps réel, et être réglés avec précision à la volée. (Figure 2)

Au fur et à mesure que les usines se numériseront, les concepteurs intégreront les capacités de manutention dans des opérations de plus en plus sophistiquées. Les charges se déplaceront de manière plus intelligente, ce qui permettra de programmer des séquences de mouvements, d'exploiter les systèmes à distance et de synchroniser plusieurs actionneurs.

- Longue durée de vie

Les applications de manutention fonctionnent souvent 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Les applications de ligne de production, telles qu'un bras qui fait passer des articles d'un convoyeur à un autre, ont des cycles d'utilisation élevés et sont sujettes à l'usure. Des AGV, des chariots élévateurs et d'autres équipements mobiles peuvent être déployés dans ces applications et fonctionnent généralement sur batteries. (Figure 3) Les équipements utilisés à l'extérieur ou dans des environnements dangereux, et soumis à l'humidité et à la poussière, peuvent également nécessiter une longue durée de vie.

Les actionneurs linéaires utilisant des moteurs sans balais peuvent avoir des cycles de fonctionnement de 100 % et une durée de vie sans entretien allant jusqu'à 600 km. Cette longévité est un avantage majeur par rapport aux technologies hydrauliques et pneumatiques, qui nécessitent une maintenance quasi permanente.

De plus, la technologie de lubrification a progressé au point que certains actionneurs sont lubrifiés à vie en usine. Enfin, le respect des normes IP65, IP66 et IP69K empêche la pénétration de particules, d'humidité et d'autres éléments susceptibles de réduire la durée de vie.

- Sécurité et ergonomie

Les équipements de manutention mettent constamment l'homme en danger. Par exemple, une machine qui perd de l'énergie peut laisser tomber sa charge plus vite qu'un homme ne peut s'écarter du chemin. Les mouvements répétés ou le positionnement délicat des pièces peuvent poser des problèmes d'ergonomie.

Les actionneurs linéaires électriques sont utiles dans ces situations grâce aux freins de maintien électromécaniques et statiques, qui maintiennent la charge en place en cas de perte de puissance de l'application. Ils peuvent également rendre le travail plus sûr en élevant, en abaissant ou en inclinant les tables de travail à des angles confortables et plus ergonomiques.

L'automatisation de la préparation des commandes permet d'éviter les longs itinéraires d'approvisionnement et libère autant que possible le personnel d'exploitation du cycle de travail de la machine, en faisant de l'ergonomie et de la sécurité une priorité. (Figure 4) En outre, le remplacement des cylindres hydrauliques élimine le risque de glisser et de tomber sur des fuites de liquide, ainsi que la contamination des produits par des fuites de liquide solide.

- La personnalisation pour un avantage concurrentiel

Alors que la gamme des technologies disponibles s'élargit, la diversité des applications entraîne également un besoin de solutions personnalisées. Les concepteurs exigent de plus en plus que les composants et les systèmes répondent à des besoins uniques. Souvent, les fabricants peuvent répondre à ces besoins en apportant des modifications mineures à leurs offres standard, mais il peut arriver qu'ils doivent concevoir quelque chose à partir de zéro. Les fournisseurs d'actionneurs dont l'offre est la plus large sont les plus susceptibles d'adapter les gammes standard ou de disposer de l'expertise nécessaire pour concevoir un produit à partir de zéro. Leur flexibilité et leur volonté d'élargir leur offre standard sont également des facteurs déterminants.

La capacité de personnalisation est un autre avantage important de la plupart des nouvelles conceptions d'équipements électrifiés. Ces équipements sont souvent plus modulaires que les générations précédentes et des changements peuvent être apportés en modifiant, ajoutant ou supprimant des axes. Les conceptions électriques réduisent la nécessité de revoir la conception de composants plus importants d'un système, tels qu'un collecteur hydraulique ou une vanne, ou encore le tracé d'un tube ou d'un tuyau.

Quel est le retour sur investissement ?

Pour calculer le retour sur investissement le plus précis avec l'amortissement adéquat d'un projet personnalisé, tant pour l'équipementier que pour l'utilisateur final, les concepteurs doivent prendre leurs décisions d'achat dans le contexte de l'ensemble du cycle de vie du produit, y compris les coûts de production, les coûts d'exploitation permanents et la productivité potentielle. De même, la décision doit prendre en compte les avantages de l'intégration des technologies les plus récentes, telles que l'électronique embarquée, qui contribuent à une plus grande compétitivité pour l'équipementier et à des avantages pour les utilisateurs finaux.

Les actionneurs électriques sont la technologie clé qui fait le lien entre ce monde numérique émergent et le monde physique. Jusqu'à récemment, ce fossé était trop large pour être comblé. Mais maintenant que les actionneurs électriques sont plus puissants, plus intelligents et plus abordables, l'abîme n'est plus aussi redoutable. L'électrification ouvre une nouvelle ère d'efficacité, qui contribuera à une meilleure automatisation, à une meilleure manutention et, en fin de compte, à de meilleures affaires.

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