揭開液壓缸到電動(dòng)直線執(zhí)行器轉(zhuǎn)變的誤區(qū)

電動(dòng)直線執(zhí)行器具有堅(jiān)固可靠的操作、簡(jiǎn)單的安裝方式和較低的成本，這些特性為工程車輛應(yīng)用中控制方式和生產(chǎn)力的大幅提升鋪平了道路。

許多工程車輛制造商采用電動(dòng)直線執(zhí)行器替代液壓缸，消除了液壓泵、軟管和液壓閥等 部件，達(dá)到了使車輛更小、更輕及更安靜的目的。此外，電動(dòng)直線執(zhí)行器與控制系統(tǒng)聯(lián) 接的靈活性實(shí)現(xiàn)了各種新的特點(diǎn)和功能，讓制造商受益良多。例如，電動(dòng)直線執(zhí)行器可以與車輛控制器簡(jiǎn)單地聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，如在各種不同位置指定次數(shù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)等，從而改善了工程車輛的性能，提高了生產(chǎn)力。

  當(dāng)前，電動(dòng)直線執(zhí)行器已經(jīng)在靜態(tài)負(fù)載 5000 lbs 以下和動(dòng)態(tài)負(fù)載 3000 lbs 以下的應(yīng)用中展現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)，額定載荷還在逐年增加。目前，更高的載荷或移動(dòng)負(fù)載占空比為 100%的應(yīng)用中仍需要采用液壓缸。但對(duì)于電動(dòng)直線執(zhí)行器的一些認(rèn)識(shí)誤區(qū)使得人們?cè)谠S多應(yīng)用中采用電動(dòng)直線執(zhí)行器的進(jìn) 展緩慢，無(wú)法為制造商和終端客戶帶來諸多潛在優(yōu)勢(shì)。下文將仔細(xì)分析這些認(rèn)識(shí)誤區(qū)，討論在工程車輛、大型旅行車、噴桿、除雪機(jī)、草坪、園藝、建設(shè)及農(nóng)機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域集成電動(dòng)直線執(zhí)行器的機(jī)會(huì)。

誤區(qū) #1：電動(dòng)直線執(zhí)行器不能在惡劣環(huán)境下工作

液壓技術(shù)在野外車輛上已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，工程師們非常熟悉它們?cè)诟叱潭鹊臎_擊、振 動(dòng)、粉塵、水、腐蝕劑及其它潛在危害環(huán)境下的堅(jiān)固性。相比于電動(dòng)直線執(zhí)行器，歷史上液壓缸在功率密度方面處于領(lǐng)先地位，這強(qiáng)化了它們?cè)谧罾щy應(yīng)用環(huán)境下的性能。但許多工程車輛工程師沒有意識(shí)到在過去的十年里電動(dòng)直線執(zhí)行器在功率密度和堅(jiān)固性方面都有了長(zhǎng)足的改善，而液壓缸卻很少或沒有提高。液壓缸的功率密度很大程度上取決于系統(tǒng)壓力，考慮到安全及成本因素，系統(tǒng)壓力在過 去的十年已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定值。

另一方面，由于磁性材料、絲桿/滾珠絲桿傳動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)和電子技術(shù)的提高，在同一時(shí)間內(nèi)電動(dòng)馬達(dá)的功率密度也大幅增加。由此帶來的最重要的好處就是在保持高效傳動(dòng)的同時(shí)能夠傳遞更多的能量。此外，在能量傳遞上也進(jìn)行了改進(jìn)，主要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減速器以滿足電動(dòng)直線執(zhí)行器的具體應(yīng)用要求來實(shí)現(xiàn)。因此，在許多應(yīng)用中電動(dòng)直線執(zhí)行器能夠提供更高的功率密度，使安裝更加簡(jiǎn)便，減輕的重量可觀。今天，工程車輛電動(dòng)直線執(zhí)行器的設(shè)計(jì)已經(jīng)明確地要求能夠承受惡劣環(huán)境。所用鑄件經(jīng)過有限元分析優(yōu)化了它們的負(fù)載處理能力。電動(dòng)直線執(zhí)行器的設(shè)計(jì)已經(jīng)從以前的使用模塊裝配轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的整體式安裝，關(guān)鍵零部件被密封在外罩中，防止沖擊和振動(dòng)損害。 多軸振動(dòng)測(cè)試分析結(jié)果表明，電動(dòng)直線執(zhí)行器能夠承受承受現(xiàn)實(shí)的機(jī)械負(fù)載。另外一點(diǎn)改進(jìn)是在引線方面，現(xiàn)在的電動(dòng)直線執(zhí)行器消除了以前用于連接電機(jī)控制器的線束，而是在缸體內(nèi)鑄造了連接接頭，控制系統(tǒng)的電纜可直接插入連接。這種處理提供了更好的密封效果，讓電機(jī)連接免受傷害。總的來說，現(xiàn)在用于工程車輛應(yīng)用的電動(dòng)直線執(zhí)行器已經(jīng)和液壓缸具有了相同的堅(jiān)固性。

誤區(qū) #2：電動(dòng)直線執(zhí)行器的可靠性不如液壓缸

“液壓缸可靠性更高”的誤區(qū)可能是由于許多工程師對(duì)上一代電動(dòng)直線執(zhí)行器經(jīng)常出現(xiàn)可靠性問題而形成的。但電動(dòng)直線執(zhí)行器已經(jīng)從電子產(chǎn)品可靠性的巨大改善中受益良多。相比于同規(guī)格的液壓產(chǎn)品，電動(dòng)直線執(zhí)行器更加簡(jiǎn)單，它只包含一個(gè)電機(jī)、減速機(jī)、絲桿或滾珠絲桿以及常配置的一個(gè)離合器，而液壓系統(tǒng)卻包含諸多部件，如蓄能器、液壓 泵、直流電機(jī)、電機(jī)繼電器、電磁閥、單向閥、液壓缸、按鈕操作臺(tái)等。因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)的高可靠性和最少的可能失效點(diǎn)，電動(dòng)直線執(zhí)行器的可靠性在近些年大大提高，已經(jīng)能夠在絕大多數(shù)應(yīng)用上使用，且它們的壽命比安裝它們的設(shè)備的壽命還要長(zhǎng)。電動(dòng)直線執(zhí)行器提供了真正意義的免維護(hù)操作，因此基本不會(huì)由于缺少維護(hù)而失效。液 壓系統(tǒng)的維護(hù)首先要定期地更換液壓油和過濾器，確保系統(tǒng)具有充分的液壓油。在惡劣 的工程車輛應(yīng)用中，液壓油經(jīng)常受到污染。當(dāng)受污染的液壓油在系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)會(huì)造成連鎖反應(yīng)，可能會(huì)損壞多個(gè)零部件，而每一個(gè)損壞的零部件都需要維修或替換。在單液壓系統(tǒng)控制的多軸運(yùn)動(dòng)中，一個(gè)小問題可以影響設(shè)備操作的多個(gè)方面。例如，一個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)的重載可能會(huì)降低回路壓力，從而影響其它部分的工作。另一個(gè)需要關(guān)注的問題是，當(dāng)液壓系統(tǒng)由于管路破裂等造成失壓時(shí)，無(wú)法通過手動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)受影響的軸向動(dòng)作。

相比之下，如今電動(dòng)直線執(zhí)行器已經(jīng)不需要維護(hù)，甚至不需潤(rùn)滑。每個(gè)軸的電動(dòng)直線執(zhí)行器由不同的電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，因此一個(gè)軸的電控失效只會(huì)影響一個(gè)執(zhí)行器，這讓故障排除和維修變得更加簡(jiǎn)單。 為了保證鎖定負(fù)載，液壓系統(tǒng)需要持續(xù)提供動(dòng)力，而且為防止管路或液壓閥破裂，被鎖定的負(fù)載不能過大。另一方面，電動(dòng)直線執(zhí)行器能夠在無(wú)動(dòng)力的情況下鎖定足夠大的負(fù)載，而且不會(huì)出現(xiàn)位置漂移或反向驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象。最后，電動(dòng)直線執(zhí)行器可以很容易地配置手動(dòng)超越控制，能夠在電源或電機(jī)故障時(shí)手動(dòng)控制執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)。

誤區(qū) #3：電動(dòng)直線執(zhí)行器更貴

“電動(dòng)直線執(zhí)行器更貴”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)源于在增加一個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)需要添加一個(gè)電機(jī)、一根絲桿和一個(gè)減速機(jī)，而液壓系統(tǒng)中只需要增加一個(gè)液壓缸。但事實(shí)上液壓缸只是實(shí)現(xiàn)這個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)中的一個(gè)部件。系統(tǒng)中還要添加液壓閥、軟管和過濾器，很多 情況下現(xiàn)有的液壓泵也沒有足夠的容量來支持這一新的軸向運(yùn)動(dòng)。

執(zhí)行器的經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于特定液壓系統(tǒng)中有多少個(gè)軸運(yùn)動(dòng)。在需要增加液壓泵來處理一個(gè)新的軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用電動(dòng)直線執(zhí)行器通常更加經(jīng)濟(jì)。作為一般性經(jīng)濟(jì)規(guī)律， 當(dāng)液壓系統(tǒng)只用來控制一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，用電動(dòng)直線執(zhí)行器替代液壓系統(tǒng)成本更低。

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，另一個(gè)影響電動(dòng)直線執(zhí)行器和液壓缸相對(duì)成本的因素是可用的液壓油口數(shù)量。每一個(gè)附件都需要一個(gè)油口，增加一個(gè)額外的油口代價(jià)是昂貴的，因?yàn)橐黾右簤洪y，軟管，硬管和接頭，還不算需要提高供給泵容量的費(fèi)用。電動(dòng)直線執(zhí)行器可以在不占用油口的情況下增加附件。電動(dòng)直線執(zhí)行器還可以為離液壓泵很遠(yuǎn)地方的軸運(yùn)動(dòng)帶來好處，因?yàn)槭褂秒妱?dòng)直線執(zhí)行器可以消除從液壓泵到液壓缸間布管所要消耗的材料和人力成本。電動(dòng)直線執(zhí)行器的使用費(fèi)用通常比液壓系統(tǒng)小很多，因?yàn)殡妱?dòng)直線執(zhí)行器只有在移動(dòng)物體的時(shí)候才需要能量，而即使是最有效率的液壓系統(tǒng)也會(huì)有持續(xù)的能量損耗。電動(dòng)直線執(zhí)行器的簡(jiǎn)單性也使它的安裝費(fèi)用比液壓系統(tǒng)小很多。此外，電動(dòng)直線執(zhí)行器不需維護(hù)，而液壓系統(tǒng)需要定期更換油液和過濾器。

誤區(qū) #4：電動(dòng)直線執(zhí)行器增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性 y

“電動(dòng)直線執(zhí)行器增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性”這個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)可能是由于許多工程車輛目前沒有使用電動(dòng)直線執(zhí)行器造成的。所以，添加電動(dòng)直線執(zhí)行器意味著需要在兩類而不是一種執(zhí)行器下工作。此外，許多非高速設(shè)備工程師沒有許多電動(dòng)直線執(zhí)行器的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。 最后，工程師們可能熟悉上一代電動(dòng)直線執(zhí)行器，上一代產(chǎn)品需要客戶自己選型和組裝各類零部件，如電機(jī)，減速機(jī)和控制器等。

今天，電動(dòng)直線執(zhí)行器已經(jīng)簡(jiǎn)化到比液壓缸選型和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單許多的程度。現(xiàn)在電動(dòng)直線執(zhí)行器按集成化系統(tǒng)供貨，客戶除了將兩根接線連接到雙刀雙擲開關(guān)上以外不需做其它任何事情。 在一個(gè)應(yīng)用中決定執(zhí)行器的規(guī)格只需三步：測(cè)量負(fù)載，確定負(fù)載占空比和執(zhí)行器伸出和縮回長(zhǎng)度。由于中間連接件的影響，執(zhí)行器的精確負(fù)載可能未知。負(fù)載可通過機(jī)械系統(tǒng) 仿真分析軟件包確定，或者通過執(zhí)行器上的承重傳感器測(cè)量。通過改變減速器傳動(dòng)比、 絲桿、電機(jī)及可預(yù)測(cè)的能夠影響關(guān)鍵操作變量的電子控制參數(shù)，制造商能夠容易地配置電動(dòng)直線執(zhí)行器，滿足客戶的任意應(yīng)用需求。

電動(dòng)直線執(zhí)行器應(yīng)用的單軸單執(zhí)行器原則消除了執(zhí)行器間的相互干擾，讓工程師們能夠專注于所要設(shè)計(jì)的軸運(yùn)動(dòng)。另一方面，使用液壓缸時(shí)，工程師們卻不得不考慮怎樣在不影響其它軸運(yùn)動(dòng)的情況下為新添加的軸運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。

 

分析完這些認(rèn)識(shí)誤區(qū)后，您可以清晰地了解到在許多野外應(yīng)用中選用電動(dòng)直線執(zhí)行器比 液壓缸具有更多的優(yōu)勢(shì)。近些年的事實(shí)證明，電動(dòng)直線執(zhí)行器的堅(jiān)固性讓它擁有與液壓缸同樣的耐久性和可靠性。而且它們對(duì)于液壓系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注的液壓油污染或溫度波動(dòng)等問題不敏感。電動(dòng)系統(tǒng)的成本取決于應(yīng)用的實(shí)際情況，在一軸、兩軸和三軸運(yùn)動(dòng)應(yīng) 用中通常比液壓系統(tǒng)的成本低。最后，當(dāng)今集成化電動(dòng)直線執(zhí)行器很容易被設(shè)計(jì)應(yīng)用在各類野外設(shè)備上。