電動缸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(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缸替代液壓缸,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,電動缸與控制系統(tǒng)聯(lián)接的靈活性實現(xiàn)了各種新的特點和功能,讓制造商受益良多。例如,電動缸可以與車輛控制器簡單的聯(lián)接,實現(xiàn)各種復雜運動,如在各種不同位置**次數(shù)的循環(huán)運動等,從而改善了工程車輛的性能,提高了生產(chǎn)力。
但對于電動缸的一些認識誤區(qū)使得人們在許多應(yīng)用中采用了電動缸的進展緩慢。無法為制造商和終端客戶帶來諸多潛在優(yōu)勢。下文將仔細分析這些認識誤區(qū),討論在工程車輛、大型旅行車、噴桿、除雪機、草坪、園藝、建設(shè)及農(nóng)機等工業(yè)領(lǐng)域集成電動缸的機會。
誤區(qū)1:電動缸不能在惡劣環(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在高程度的沖擊、振動、粉塵、水,腐蝕劑及其他潛在的危害環(huán)境下的堅固性。相比于電動缸,歷史上液壓缸在功率密度方面處于**地位,這強化了它們在*困難應(yīng)用環(huán)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缸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(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)達到穩(wěn)定值。
另一方面,由于磁性材料、絲杠/滾珠絲杠傳動效率、結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)和電子技術(shù)的提高,在同一時間內(nèi)電動馬達的功率密度也大幅增加。由此帶來的*重要的好處就是在保持**傳動的同時能夠傳遞更多的能量。此外,在能量傳遞上頁進行了改進,主要通過優(yōu)化設(shè)計減速器以滿足電動缸的具體應(yīng)用要求來實現(xiàn)。因此,在許多應(yīng)用中電動缸能夠提供更高的功率密度,使安裝更加簡便,減輕的重量客觀。
今天,工程車輛電動缸的設(shè)計已經(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)化了它們的負載處理能力。電動缸的設(shè)計已經(jīng)從以前的使用模塊裝配變?yōu)楝F(xiàn)在的整體式安裝,關(guān)鍵零部件被密封在外罩中,防止沖擊和振動損害。多軸振動測試分析結(jié)果表明,電動缸能夠承受現(xiàn)實的機械負載。另外一點改進是在引線方面,現(xiàn)在的電動缸消除了以前用于連接電機控制器的線束,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,讓電機連接免受傷害??偟膩碚f,現(xiàn)在用于工程車輛應(yīng)用的電動缸已經(jīng)和液壓缸具有相同的堅固性。
誤區(qū)2:電動缸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上一代電動缸經(jīng)常出現(xiàn)可靠性問題而形成的。但電動缸已經(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,電動缸更加簡單,它只包含一個電機、減速機、絲桿或者滾珠絲桿以及常配置的一個離合器,而液壓系統(tǒng)卻包含諸多部件,如蓄能器、液壓泵、直流電機、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(shù)的高可靠性 和*少的可能失效點,電動缸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。
電動缸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(tǒng)的維護首頁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。當受污染的液壓油在系統(tǒng)中流動時會造成連鎖反應(yīng),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(tǒng)控制的多軸運動中,一個小問題可以影響設(shè)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(guān)注的問題是,當液壓系統(tǒng)由于管路破裂等造成失壓時,無法通過手動方式驅(qū)動受影響的軸向動作。
相比之下,如今電動缸已經(jīng)不需要維護,甚至不需要潤滑。每個軸的電動缸由不同的電機單獨驅(qū)動,因此一個軸的電控失效只會影響一個電動缸,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(tǒng)需要持續(xù)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,電動缸能夠在無動力的情況下鎖定足夠大的負載,而且不會出現(xiàn)位置漂移或反向驅(qū)動現(xiàn)象。*后,電動缸可以很容易的配置手動超越控制,能夠在電源或電機故障時手動控制電動缸運動。
誤區(qū)3:電動缸比液壓缸更貴
“電動缸比液壓缸更貴”的認識誤區(qū)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(tǒng)中只需要增加一個液壓缸。但事實上液壓缸只是實現(xiàn)這個軸向運動的液壓系統(tǒng)中的一個部件。系統(tǒng)中還需要添加液壓閥、軟管和過濾器,很多情況下現(xiàn)有液壓泵也沒有足夠的容量來支持這一新的軸向運動。
電動缸的經(jīng)濟性很大程度上取決于特定液壓系統(tǒng)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,使用電動缸通常更加經(jīng)濟。作為一般經(jīng)濟規(guī)律,當液壓系統(tǒng)只用來控制一個、兩個或三個軸運動時,用電動缸替代液壓系統(tǒng)成本更低。
在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中,另一個影響電動缸和液壓缸相對成本的因素是可用的液壓油口數(shù)量。每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。電動缸可以在不占用油口的情況下增加附件。電動缸還可以為離液壓泵很遠地方的軸運動帶來好處,因為使用電動缸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。
電動缸的使用費用通常比液壓系統(tǒng)小很多,因為電動缸只有在移動物體的時候才需要能量,而即使是*有效率的液壓系統(tǒng)也會有持續(xù)的能量損耗。電動缸的間斷性也使它的安裝費用比液壓系統(tǒng)小很多。此外,電動缸不需要維護,而液壓系統(tǒng)需要定期更換油液和過濾器。
誤區(qū)4:電動缸增加了設(shè)計的復雜性
“電動缸增加了設(shè)計的復雜性”這個認識誤區(qū)可能是由于許多工程車輛目前沒有使用電動缸造成的。所以,添加電動缸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缸的相關(guān)經(jīng)驗。*后,工程師可能熟悉上一代電動缸,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、減速機和控制器等。
今天,電動缸已經(jīng)簡化到比液壓缸選型和設(shè)計簡單許多的程度。現(xiàn)在電動缸按集成化系統(tǒng)供貨,客戶除了將兩根接線連接到雙刀開關(guān)上以外不需做其它任何事情。
在一個應(yīng)用中決定電動缸的規(guī)格只需要三步:測量負載、確定負載占空比和電動缸伸出和縮回長度(行程)。由于中間連接件的影響,電動缸的**負載可能未知。負載可通過機械系統(tǒng)仿真分析軟件包確定,或者通過電動缸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(yù)測的能夠影響關(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缸,滿足客戶的任意盈余需求。
電動缸應(yīng)用的單軸運動原則消除了電動缸間的相互干擾,讓工程師們能夠?qū)W⒂谒O(shè)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(qū)后,您可以清晰地的了解到在許多野外應(yīng)用中選用電動缸比液壓缸具有更多的優(yōu)勢。近些年的事實證明,電動缸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(tǒng)需要重點關(guān)注的液壓油污染或溫度波動等問題不敏感。電動系統(tǒng)的成本取決于應(yīng)用的實際情況,在一軸、兩軸和三軸運動應(yīng)用中通常比液壓系統(tǒng)的成本低。*后,當今集成化電動缸很容易被設(shè)計應(yīng)用在各類野外設(shè)備上。