揭開液壓缸到電動直線執行器轉變的誤區

電動直線執行器具有堅固可靠的操作、簡單的安裝方式和較低的成本，這些特性為工程車輛應用中控制方式和生產力的大幅提升鋪平了道路。

許多工程車輛制造商采用電動直線執行器替代液壓缸，消除了液壓泵、軟管和液壓閥等 部件，達到了使車輛更小、更輕及更安靜的目的。此外，電動直線執行器與控制系統聯 接的靈活性實現了各種新的特點和功能，讓制造商受益良多。例如，電動直線執行器可以與車輛控制器簡單地聯接，實現各種復雜運動，如在各種不同位置指定次數的循環運動等，從而改善了工程車輛的性能，提高了生產力。

  當前，電動直線執行器已經在靜態負載 5000 lbs 以下和動態負載 3000 lbs 以下的應用中展現了優勢，額定載荷還在逐年增加。目前，更高的載荷或移動負載占空比為 100%的應用中仍需要采用液壓缸。但對于電動直線執行器的一些認識誤區使得人們在許多應用中采用電動直線執行器的進 展緩慢，無法為制造商和終端客戶帶來諸多潛在優勢。下文將仔細分析這些認識誤區，討論在工程車輛、大型旅行車、噴桿、除雪機、草坪、園藝、建設及農機等工業領域集成電動直線執行器的機會。

誤區 #1：電動直線執行器不能在惡劣環境下工作

液壓技術在野外車輛上已經應用了幾十年，工程師們非常熟悉它們在高程度的沖擊、振 動、粉塵、水、腐蝕劑及其它潛在危害環境下的堅固性。相比于電動直線執行器，歷史上液壓缸在功率密度方面處于領先地位，這強化了它們在最困難應用環境下的性能。但許多工程車輛工程師沒有意識到在過去的十年里電動直線執行器在功率密度和堅固性方面都有了長足的改善，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壓力，考慮到安全及成本因素，系統壓力在過 去的十年已經達到穩定值。

另一方面，由于磁性材料、絲桿/滾珠絲桿傳動效率、結構、制造技術和電子技術的提高，在同一時間內電動馬達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的同時能夠傳遞更多的能量。此外，在能量傳遞上也進行了改進，主要通過優化設計減速器以滿足電動直線執行器的具體應用要求來實現。因此，在許多應用中電動直線執行器能夠提供更高的功率密度，使安裝更加簡便，減輕的重量可觀。今天，工程車輛電動直線執行器的設計已經明確地要求能夠承受惡劣環境。所用鑄件經過有限元分析優化了它們的負載處理能力。電動直線執行器的設計已經從以前的使用模塊裝配轉變為現在的整體式安裝，關鍵零部件被密封在外罩中，防止沖擊和振動損害。 多軸振動測試分析結果表明，電動直線執行器能夠承受承受現實的機械負載。另外一點改進是在引線方面，現在的電動直線執行器消除了以前用于連接電機控制器的線束，而是在缸體內鑄造了連接接頭，控制系統的電纜可直接插入連接。這種處理提供了更好的密封效果，讓電機連接免受傷害?？偟膩碚f，現在用于工程車輛應用的電動直線執行器已經和液壓缸具有了相同的堅固性。

誤區 #2：電動直線執行器的可靠性不如液壓缸

“液壓缸可靠性更高”的誤區可能是由于許多工程師對上一代電動直線執行器經常出現可靠性問題而形成的。但電動直線執行器已經從電子產品可靠性的巨大改善中受益良多。相比于同規格的液壓產品，電動直線執行器更加簡單，它只包含一個電機、減速機、絲桿或滾珠絲桿以及常配置的一個離合器，而液壓系統卻包含諸多部件，如蓄能器、液壓 泵、直流電機、電機繼電器、電磁閥、單向閥、液壓缸、按鈕操作臺等。因為電子技術的高可靠性和最少的可能失效點，電動直線執行器的可靠性在近些年大大提高，已經能夠在絕大多數應用上使用，且它們的壽命比安裝它們的設備的壽命還要長。電動直線執行器提供了真正意義的免維護操作，因此基本不會由于缺少維護而失效。液 壓系統的維護首先要定期地更換液壓油和過濾器，確保系統具有充分的液壓油。在惡劣 的工程車輛應用中，液壓油經常受到污染。當受污染的液壓油在系統中流動時會造成連鎖反應，可能會損壞多個零部件，而每一個損壞的零部件都需要維修或替換。在單液壓系統控制的多軸運動中，一個小問題可以影響設備操作的多個方面。例如，一個軸向運動的重載可能會降低回路壓力，從而影響其它部分的工作。另一個需要關注的問題是，當液壓系統由于管路破裂等造成失壓時，無法通過手動方式驅動受影響的軸向動作。

相比之下，如今電動直線執行器已經不需要維護，甚至不需潤滑。每個軸的電動直線執行器由不同的電機單獨驅動，因此一個軸的電控失效只會影響一個執行器，這讓故障排除和維修變得更加簡單。 為了保證鎖定負載，液壓系統需要持續提供動力，而且為防止管路或液壓閥破裂，被鎖定的負載不能過大。另一方面，電動直線執行器能夠在無動力的情況下鎖定足夠大的負載，而且不會出現位置漂移或反向驅動現象。最后，電動直線執行器可以很容易地配置手動超越控制，能夠在電源或電機故障時手動控制執行器運動。

誤區 #3：電動直線執行器更貴

“電動直線執行器更貴”的認識誤區源于在增加一個軸向運動時需要添加一個電機、一根絲桿和一個減速機，而液壓系統中只需要增加一個液壓缸。但事實上液壓缸只是實現這個軸向運動的液壓系統中的一個部件。系統中還要添加液壓閥、軟管和過濾器，很多 情況下現有的液壓泵也沒有足夠的容量來支持這一新的軸向運動。

執行器的經濟性很大程度上取決于特定液壓系統中有多少個軸運動。在需要增加液壓泵來處理一個新的軸運動時，使用電動直線執行器通常更加經濟。作為一般性經濟規律， 當液壓系統只用來控制一個、兩個或三個軸運動時，用電動直線執行器替代液壓系統成本更低。

在農業應用中，另一個影響電動直線執行器和液壓缸相對成本的因素是可用的液壓油口數量。每一個附件都需要一個油口，增加一個額外的油口代價是昂貴的，因為要增加液壓閥，軟管，硬管和接頭，還不算需要提高供給泵容量的費用。電動直線執行器可以在不占用油口的情況下增加附件。電動直線執行器還可以為離液壓泵很遠地方的軸運動帶來好處，因為使用電動直線執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。電動直線執行器的使用費用通常比液壓系統小很多，因為電動直線執行器只有在移動物體的時候才需要能量，而即使是最有效率的液壓系統也會有持續的能量損耗。電動直線執行器的簡單性也使它的安裝費用比液壓系統小很多。此外，電動直線執行器不需維護，而液壓系統需要定期更換油液和過濾器。

誤區 #4：電動直線執行器增加了設計的復雜性 y

“電動直線執行器增加了設計的復雜性”這個認識誤區可能是由于許多工程車輛目前沒有使用電動直線執行器造成的。所以，添加電動直線執行器意味著需要在兩類而不是一種執行器下工作。此外，許多非高速設備工程師沒有許多電動直線執行器的相關經驗。 最后，工程師們可能熟悉上一代電動直線執行器，上一代產品需要客戶自己選型和組裝各類零部件，如電機，減速機和控制器等。

今天，電動直線執行器已經簡化到比液壓缸選型和設計簡單許多的程度。現在電動直線執行器按集成化系統供貨，客戶除了將兩根接線連接到雙刀雙擲開關上以外不需做其它任何事情。 在一個應用中決定執行器的規格只需三步：測量負載，確定負載占空比和執行器伸出和縮回長度。由于中間連接件的影響，執行器的精確負載可能未知。負載可通過機械系統 仿真分析軟件包確定，或者通過執行器上的承重傳感器測量。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電動直線執行器，滿足客戶的任意應用需求。

電動直線執行器應用的單軸單執行器原則消除了執行器間的相互干擾，讓工程師們能夠專注于所要設計的軸運動。另一方面，使用液壓缸時，工程師們卻不得不考慮怎樣在不影響其它軸運動的情況下為新添加的軸運動提供動力。

分析完這些認識誤區后，您可以清晰地了解到在許多野外應用中選用電動直線執行器比 液壓缸具有更多的優勢。近些年的事實證明，電動直線執行器的堅固性讓它擁有與液壓缸同樣的耐久性和可靠性。而且它們對于液壓系統需要重點關注的液壓油污染或溫度波動等問題不敏感。電動系統的成本取決于應用的實際情況，在一軸、兩軸和三軸運動應 用中通常比液壓系統的成本低。最后，當今集成化電動直線執行器很容易被設計應用在各類野外設備上。