在工業系統設計中如何在機電式和流體動力式執行器間做出選擇

直線執行器在各種各樣的產品和工藝流程中都占有舉足輕重的地位，如在工廠自動化、包裝、 醫療設備及許多其它領域。直線執行器通常分為兩種類型：一種是依靠壓差實現動作的流體 動力缸，另一種是由電動馬達驅動的機電式執行器。采用何種類型的執行器對于設備的性能、 初始安裝成本及生產費用至關重要。本文從正反兩方面分析每種執行器的優缺點，為客戶選型和應用提供一般性指導。

精密直線執行器能夠成功應用于物料搬運、機械加工制造等應用領域。豐富的配置選項和配件讓大多數應用都能夠容易地選擇最合適的執行器。

氣動缸的傳統最佳應用是輕載在兩點間的前后往復運動，行程的起點和末端由氣缸上的機械 限位開關或機械強制止動部件控制。在這種應用中執行器到達行程限位端點時常發出“梆梆” 的噪聲，因此常被稱作“梆梆”應用。除了端點位置控制外，氣動缸不需對其它運動位置進行控制。在這類應用中，氣動缸具有低初始安裝成本和高速的特點，是簡單運動方案應用的理想選擇。

化工廠、造紙廠、焊接作業及戶外應用都適合采用精密直線執行器。IP65、堅固設計及高質 量部件的使用讓精密直線執行器可適用于幾乎任何場合。

液壓缸應用于大輸出力場合，相同尺寸下，液壓缸的輸出力大于氣動缸的 25 倍。工作時液 壓缸的管路壓力通?？蛇_ 2,500 psi，而氣動缸一般只有 90 psi 或更小。同氣動缸一樣，液壓缸的運動軌跡復雜，控制系統昂貴。

整個精密直線執行器系列產品的特點是出力大、速度快、精確，能夠夜以繼日地工作并可以 承受惡劣環境。

控制運動和輸出力  另一方面，隨著設備的復雜性、生產力、精確度及安全性的提高，對執行器位置、速度或行程內輸出力控制的要求也與日俱增。氣缸采用比例控制器和閥門可實現更精確的控制，但也會大大提高安裝系統的成本和復雜性，而且會增加系統維護費用?？諝獾目蓧嚎s性同樣是 氣動缸控制水平的固有限制因素。在需要可控低速的特定應用中，氣動缸同樣很難或不可能實現。

精密直線執行器壽命長、免維護，適用于物料搬運、包裝、醫療和電子工業中的裝載或卸載應用。

能耗   在選擇替代性直線運動技術時，能耗正逐漸成為重要的考慮因素。流體動力具有在不需施加 額外能量的情況下保持壓力的優點。但另一方面，驅動氣缸的壓縮機即使在氣缸沒有工作的 情況下依然必須保持不停運轉。空氣泄漏造成的能量損耗增加了氣動系統的使用費用。一位 食品和飲料工業的工廠運營經理指出：“接頭和管道中的氣壓損失令人苦惱。你在管道上的任何形式的泄漏都將花費你數以千計的鈔票。”

精密直線執行器是液壓缸和氣缸的后續產品。執行器具有更清潔、更簡單、能量傳遞更節能 等優點。它們可以更加簡單地集成現代可編程控制器，精度更高，噪聲更小。.

氣動和液壓傳動經歷了兩步能量轉換過程，造成能量利用率較低。而另一方面，機電式執行 器在大多數應用中可節約很多能量，因為只有在它們工作時才消耗能量。滾珠及滾柱絲桿的使用讓機電式執行器的效率更高，通常大于 90%。

潔凈操作   直線執行器經常被用在需要潔凈操作的應用場合，如食品、飲料、包裝、醫療及電子制造等 工業領域。當使用液壓缸時，泄漏及所用液壓油的處理都會造成一定的問題。氣缸由于在壓縮空氣時有油及其它雜質的參與，因此同樣存在液壓缸類似的問題。廢氣在向環境中排放前 一般需要過濾排除雜質。而另一方面機電式執行器對環境只有極小的影響，因此特別適合強調潔凈操作的應用場合。降低車間噪聲對于很多應用來說同樣是一個重要因素。機電式系統在這個方面具有很強的優勢。

精密直線執行器是外部導向支撐或旋轉負載的理想定位系統。

在幾乎所有應用中，總體擁有成本是一個重要的考慮因素。流體動力缸在已經存在流體動力 源的應用中通常具有成本優勢，因為增加一個新的軸向運動只需要一個液壓缸或氣缸、閥、 軟管及配件。另一方面，在沒有流體動力源或有流體動力源但必須額外增加動力來處理新的 軸向運動的應用場合，機電式執行器通常要更為便宜。如前文所述，能耗同樣是考慮總體擁有成本時的一個重要因素。用節約的能量消耗費用彌補安裝機電式執行器的初始額外付出所需的時間對于每個特定的應用來說各有不同，但很少能在一年以內實現。 機電式執行器還可以簡化設計流程，因為它比起氣缸或液壓缸更容易選型和設計。應用中確定執行器的規格只需三步：測量負載，確定負載循環，指定伸出和縮回長度。負載可通過機械系統仿真軟件包或安裝在執行器上的稱重傳感器測量確定。通過改變減速器傳動比、絲桿、 電機及可預測的能夠影響關鍵操作變量的電子控制參數，制造商能夠容易地配置機電式直線執行器，滿足客戶的任意應用需求。

相比于液壓缸及氣動缸，精密直線執行器是一個更好的選擇，它具有諸多優點，如更簡單緊 湊的安裝、更容易的控制方式、更低的能量消耗、更高的精度、更少的維護、更低的噪聲及更清潔健康的環境等。

總之，三個主要因素驅使了從流體動力到機電式解決方案的轉變。第一，機電式執行器通過 提高可控性、縮短設備轉換時間和提高運動精度和可靠性提高了生產力；第二，通過提高能源效率、增加正常運行時間和減少維護來降低設備的使用成本；第三，機電式系統比流體動力系統更清潔和安靜。機電式執行器供應商能夠幫助原始設備制造商平衡成本、性能和可靠性，為應用選擇理想的執行器。