抛开这些引人注目的优势,电动缸的采购成本较高。如果以每个设备计算,电机技术的起步价肯定高于液压技术,因此,长期以来它们没被广泛应用于一些领域。
然而,从总体成本的角度来看,这一论点基本上站不住脚。纵观整个生命周期中,电动缸所能带来的成本节约远远超过其较高的初始投资成本。电动缸主要可从以下六个方面节省成本。
造成液压系统能量损耗的原因有很多,从最初将电能转化为驱动液压泵的动能、到液压泵本身的能耗、再到传动管道中流体摩擦和执行器内部的进一步能量损耗。总的来说,液压系统很可能只将大约44%的输入功率传递给负载。相比之下,机电系统的能耗仅来自于电机效率的限制以及变速箱和执行器中的部件摩擦。电动缸通常可将80%的输入功率传递给负载。此外,在大多数应用中,液压泵必须持续运行才能确保设备做出足够的响应,而电动缸在闲置时功耗为零。在许多应用中,电动缸消耗峰值功率的时段可能仅占其运行时间的一小部分。综上所述,电动缸在短短几个月内便可因为节能而抵消较高的初始成本。
液压系统中的能量损耗会被转化为热力。在塑料成型机等精密应用中,必须使用冷却器消除这些热力,从而进一步提高总体能量需求。而电机效能更高,因此所需的冷却能量大约仅为35%的液压当量。
电动缸拥有更快的速度和更高的可控性,可以提升设备运行速度,从而增加产出。以汽车行业的机器人点焊为例。每进行一次焊接,安装在机器人臂上的夹钳都必须打开一次,以便机械手臂能够进入下一个焊接位置。液压动力系统通常要求夹钳在每次焊接之后完全打开。而机电系统则可根据软件程序打开相应的幅度,只要夹钳能够移动至下一个位置即可。当一家日本汽车制造商改用机电焊钳时,这种变化加上新型电动缸的速度优势,助力他们将产能提高了10%,相当于每天多生产超过100个车身壳体。
提高精度和一致性意味着电机驱动通常提供两倍于液压系统的可重复性,从而能够提高质量并减少废料。此外,由于电机从启动的那一刻起就能提供一致的性能,因此能够减少因材料切换而带来的损失,并允许生产团队缩短调整机器变量所需的时间,更快恢复生产。即使在生产低精度部件的情况下,因减少废料和提高质量而节省的成本也能在两年或更短时间内抵消采用电动缸的额外成本。
电动缸的易损件较少,并且它们都位于滚珠或滚柱丝杠机构和变速箱内。液压装置则依赖于阀门、软管、过滤器和密封件组成的网络。由于液压动力是分散的,因此,系统中的某个组件出现故障可能会导致整个机器停止工作,直到问题被发现和修复为止。电动缸的问题通常可以通过快速更换受影响的器件来解决。因此,电动缸的正常运行时间及可用性通常要比液压系统高出2%,从而能够提高产量并降低单位生产成本。
最后,电动缸几乎没有经常性费用。用户不必购买机油、过滤器或密封件;无需停机更换这些部件;不必花钱来防止或清理泄漏和溢出。机电系统还可以配备全集成的状态监测技术,在意外停机发生之前向运维人员发出警报。
总之,这些优势每年可为一台普通的生产设备节约数十万人民币的成本,其中近一半源自能效以外的其他领域。