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En el aire y en tierra, el futuro es eléctrico

Por Glenn Nausley, Presidente, Promess, Inc.

La hidráulica ha sido la tecnología de elección para los actuadores aeroespaciales casi desde que existe la industria, pero ahora está cambiando muy rápidamente. La tendencia actual es fuertemente hacia la sustitución de sistemas hidráulicos con actuadores eléctricos avanzados que utilizan nuevos materiales de imán permanente y diseños electromagnéticos sofisticados.

El conductor principal es el peso. El sistema hidráulico tiene una gran densidad de potencia en el punto de aplicación, pero los fluidos, bombas, motores, tuberías, válvulas y actuadores hacen que todo el sistema sea pesado.

En una industria donde cada libra puede representar miles de dólares en costos anuales de combustible, los beneficios de ahorro de peso de la tecnología de actuadores eléctricos de hoy en día son convincentes. Por ejemplo, se informó que American Airlines ahorró $ 1.2 millones al año simplemente al reemplazar el manual en papel de 35-libras con un iPad.
Otro beneficio no tan obvio de los actuadores eléctricos es que se pueden configurar fácilmente para generar datos de energía y en tiempo real que se pueden usar para el control, diagnóstico y análisis de rendimiento. A medida que los aviones modernos utilizan cada vez más las tecnologías de "vuelo por cable" que integran los controles humanos y de computadora, los datos de retroalimentación de los actuadores eléctricos proporcionan entradas esenciales del sistema para cerrar el circuito.

Dadas las claras ventajas de los actuadores eléctricos en muchas aeronaves y aplicaciones aeroespaciales, es solo una cuestión de tiempo hasta que la tecnología utilizada para controlar las aeronaves migre a los sistemas utilizados para construir aeronaves. Aquí nuevamente, las aplicaciones hidráulicas aún dominan muchos procesos de fabricación y ensamblaje, pero las tecnologías eléctricas están desafiando ese dominio con un conjunto de ventajas convincentes.

Asamblea de rótula

Asamblea de rótula

Como ejemplo, veamos el proceso para ensamblar juntas de rótula, un componente relativamente simple pero ampliamente utilizado en sistemas aeroespaciales. Muchas de esas aplicaciones son críticas para la operación segura de la aeronave y, literalmente, la función adecuada puede significar la diferencia entre la vida y la muerte. Todas las juntas de rótula utilizadas en un mecanismo crítico deben funcionar de manera suave y confiable, con una resistencia mínima de las pestañas y articulaciones dentro de especificaciones muy estrictas.

El proceso tradicional de fabricación de rótulas utiliza una prensa hidráulica para formar la copa alrededor de la bola. Luego se prueba el producto para determinar si cumple con las especificaciones funcionales. Los ensamblajes que fallan se desechan, desperdiciando costosos materiales, mano de obra, tiempo y dinero. No es un sistema muy eficiente, pero es el único disponible para los fabricantes que utilizan el proceso de ensamblaje tradicional basado en prensas hidráulicas.

Sin embargo, la sustitución de la prensa hidráulica por un actuador eléctrico crea un sistema que produce rótulas con características funcionales prácticamente idénticas y casi sin desperdicios. Al combinar el control y el poder de toma de decisiones de las computadoras y el software modernos con la precisión de los dispositivos electromecánicos servocontrolados, dicho sistema puede medir y ajustar las características funcionales de una junta de rótula mientras se ensambla.

La resistencia de las pestañas y la articulación se determina principalmente por el ajuste entre la bola y la copa, que se puede probar articulando la bola mientras se ensambla la junta y se monitorean los valores. Esto se hace fácilmente con un par de dispositivos servocontrolados, una prensa electromecánica instrumentada y una aplicación de par instrumentado y un sistema de medición controlado y monitoreado por una computadora que ejecuta un software analítico.

Servo Press

Servo Press

Mi empresa ha construido varios sistemas de ensamblaje de rótulas utilizando nuestros Servo Press (EMAP), TorquePRO y UltraPRO Controlador multieje.

La Servo Press (EMAP) es una prensa que consiste en un tornillo de bola accionado por un servomotor y equipado con una serie de sensores para medir la posición, la fuerza y ​​cualquier otro número de otros parámetros de proceso.

La TorquePRO combina un servomotor y un transductor de par en un paquete de husillo de torsión integrado que ofrece funcionalidad de plug and run.

La UltraPRO es un muy potente controlador multieje que ejecuta tanto el servocontrol como el software patentado de análisis de firma de fuerza / posición.

Monitoreo de pruebas de torque

Sistemas de Ensamble de Torsión

Una vez que se cargan las piezas, el EMAP se desplaza hacia el punto de compromiso inicial preprogramado y los sensores a bordo envían datos de posición al control. Estos datos se utilizan para compensar las variaciones dimensionales antes de que se avance la EMAP para comenzar a formar la copa.

A medida que se forma la copa, el TorquePRO articula la articulación a través de un conjunto programado de movimientos y los valores de torque resultantes se monitorean, se comunican al UltraPRO y se almacenan. Estos datos en tiempo real se utilizan para controlar las características funcionales finales de la articulación.

Supongamos que la fuerza de articulación es demasiado baja, lo que indica un rizado suelto. En ese caso, el EMAP se realiza un ciclo nuevamente utilizando un algoritmo de movimiento a fuerza en lugar de la operación inicial de movimiento a posición. La fuerza de articulación se mide mientras EMAP presiona la taza y se repite el proceso Press-Measure-Press hasta que se alcanza la fuerza de articulación especificada.

El TorquePRO incluso puede ejecutar una breve rutina de "desgaste" en la rótula terminada y luego volver a probar la fuerza de articulación como una medida adicional de control de calidad. Todos los datos generados durante el proceso de ensamblaje se pueden capturar y almacenar para proporcionar una trazabilidad de la rótula individual y enviarlos a otros sistemas y / u otros paquetes de software de calidad.

Como se señaló anteriormente, los datos generados por un actuador eléctrico son un beneficio fortuito de la tecnología que ofrece un valor adicional sin costo adicional. Existe un beneficio similar asociado con el tipo de tecnología de ensamblaje con base eléctrica que se utiliza en el sistema de fabricación de rótulas que se acaba de describir.
Ese beneficio es la escalabilidad.

Debido a que los componentes utilizados en el sistema de ensamblaje son elementos estándar, se combinan fácilmente para producir estaciones de trabajo intercambiables. En términos prácticos, eso significa que el sistema desarrollado para crear un prototipo de un producto también se puede utilizar para producir el producto.

A medida que aumenta la demanda, se pueden agregar más estaciones de trabajo idénticas sin ningún costo adicional de diseño o ingeniería. Posteriormente, a medida que disminuye la demanda, las estaciones de trabajo se pueden eliminar y volver a usar para productos nuevos y / o diferentes. Y, cuando el producto llega al final de su ciclo de vida, se pueden volver a poner en producción una o más estaciones de trabajo, según sea necesario, para satisfacer la demanda a largo plazo de piezas de repuesto y servicio sin atar el capital en un sistema que solo se usa ocasionalmente.

El enfoque de bloques de construcción también ofrece ventajas de tiempo de actividad porque cada elemento es independiente. Por lo tanto, si una estación requiere mantenimiento, no es necesario apagar todo el sistema.

A diferencia de los sistemas hidráulicos que requieren bombas que funcionan constantemente, ya sea que se usen o no los actuadores, los sistemas con base eléctrica solo usan energía cuando realmente están funcionando. Eso puede generar importantes ahorros de costos operativos.

Actuadores eléctricos que reemplazan rápidamente la hidráulica en el aire y en el espacio. Es solo cuestión de tiempo hasta que eso sea cierto en el terreno también. Los beneficios simplemente son demasiado convincentes para ignorarlos.

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