原文：Sara Jensen

编辑：腾益登

了解工业液压执行器

许多工业机器（例如金属压力机、传送带、起重机等）需要沿直线移动物体，这是通过使用线性执行器来实现的。几十年来，这种线性执行器一直以液压缸的形式出现，因为它可以提供许多应用所需的更高的力。

这些液压缸的缸径为 1-8 英寸，工作压力范围为 2,000-3,000 psi (138-207 bar)。它们还能够施加 1,700 至超过110,000 磅力（55 吨）的力量。

除了具有高作用力之外，液压缸还以其耐用性和紧凑的尺寸而闻名。由于液压技术已经存在了几个世纪，它也是一项众所周知的技术。

然而，与电动执行器相关的精度、可重复性和较低的总拥有成本正在推动其在许多工业应用中优于液压系统。

液压系统可以提供许多工业应用所需的力。然而，过去30 年电动执行器技术的进步使其成为可行的替代方案。

这些设备也称为机电执行器，能够提供更高的精度、灵活性和可靠性，且缸径尺寸与液压缸相当。如今的电动执行器还能够施加高达100,000 磅的力，使它们能够与许多液压技术竞争。

这并不是说液压装置将在工业应用中完全被电动执行器取代。液压缸提供的较高的力、紧凑的尺寸和坚固的设计以及易于部署的事实继续使其成为多种类型工业机器的良好选择。

但电动执行器也有许多优点，导致近年来其使用量不断增加。

选择电动而非液压执行器的三个理由

根据电动、气动和其他运动组件开发商 Tolomatic 的说法，其客户选择使用电动执行器而不是液压缸的原因有多种，但推动向电动转变的三个主要因素是：

- 减少占地面积和系统复杂性，

- 更少的维护要求，以及

- 运动控制灵活性。

设计简单

电动执行机构的设计不像液压执行机构那么复杂，这也是客户选择电动执行机构而不是液压执行机构的原因之一。正如 Tolomatic 向 Power & Motion 解释的那样，与液压系统相比，电动执行器中的组件非常少。

液压系统需要阀门、调节元件、软管、液压动力装置 (HPU) 等。该公司表示，在机器的使用寿命内，这些组件中的任何一个都有可能发生泄漏或故障。

如果液压系统泄漏，清理液压油可能会非常耗时，并可能导致潜在的环境问题。如果石油污染制成品，还可能出现安全问题。液压系统所需的所有组件也需要在制造工厂中占据更大的占地面积，如果空间非常宝贵，则可能难以容纳。

另一方面，电动执行器不使用油，因此不存在泄漏问题。此外，它们的总体占地面积较小，因为系统由执行器、电机（通常是伺服或其他设备）、电缆以及通常安装在控制柜中的驱动器或放大器组成。还可能有一个可选的变速箱。

根据 Tolomatic 的说法，电动执行器确实比液压缸需要更长的长度，因为它集成了动力螺杆和轴承系统，但它使用的伺服驱动器的尺寸只是液压系统所用 HPU 的一小部分，有助于提供更小的整体尺寸。

该公司表示，电动执行器中越来越多地使用行星滚柱丝杠，帮助它们在更小的封装中实现更高的使用寿命和更大的力能力（与滚珠丝杠相比）。这使得电动执行器能够适应一些以前由液压技术主导的应用。

减少维护

电动执行器较低的维护要求也有助于推动其相对于液压执行器的使用。根据 Tolomatic 的说法，电动驱动在机器的整个使用寿命期间几乎不需要维护。

该公司指出，在电动执行器中使用行星滚柱丝杠可以实现许多机器用户所期望的更长的使用寿命和更少的维护。此外，执行器的动力元件（动力螺杆和推力轴承）通常终身润滑。但如果需要，可以使用现场润滑方法。

电动执行器上另一个可能磨损的部件是杆密封件。不过，如果发生故障，执行器仍然可以按需要运行，因为它不像液压元件那样保持压力。如果密封件损坏，可以更换。

液压系统通常需要日常维护来更换油和过滤器，以确保持续的性能。随着时间的推移，还可能需要更换配件、阀门或其他部件。

Tolomatic 指出，越来越缺乏熟悉液压技术的熟练维护人员，这有助于加快电动驱动的采用速度。

改进的精度和位置反馈

选择电动线性执行器而不是液压缸的主要原因之一是它们提供的运动控制功能。电动执行器与伺服驱动器和电机系统的配对使用户可以随时确定执行器的位置及其速度、加速度、力等。而液压系统需要在系统中添加许多昂贵的仪器才能获得类似的信息。

这些功能使电动执行器能够实现更高的准确性和可重复性，这有利于一系列工业应用，特别是当它们变得更加自动化时。

Tolomatic 概述的电动执行器提供的其他运动控制优势包括：

- 推力能力与液压系统相当，

- 对扭矩的一致监控可以实现适当的力控制，无需维护或系统调整，

- 闭环控制无需使用外部传感器即可实现多个位置。

液压执行器与电动执行器：关键决定因素

尽管使用电动执行器有很多好处，但仍有一些应用仍然适合液压系统。

Tolomatic 表示，毫无疑问，液压缸能够提供巨大的功率密度，这意味着在某些机器装置中目前无法使用电动执行器。该公司表示，市场上有能够承受高达 50 吨力的电动执行器，但由于螺杆/执行器的尺寸以及伺服电机的可用性和尺寸，超过此点的力对于电动执行器来说不太常见 。然而，技术的进步可能会在未来允许机电驱动更大的力应用。

了解应用所需的工作力是在电动和液压执行器之间进行选择时的关键决定因素。

该公司表示，它始终与客户合作以确定液压缸的真实工作力。实际工作力需要通过结合液压油的压降和执行器油缸的直径来计算。Tolomatic 表示，电动执行器和电机的成本可能比液压缸差异更大，并且通常是获得经济高效的电动执行器解决方案的关键。

电动执行器的一个优点是，可以立即产生力，而液压缸则必须等待压力增大才能产生所需的力。对执行器性能的调整也可以自动完成，因为它的伺服控制器可以根据需要调节用于为设备供电的电流。

相反，与液压系统一起使用的 HPU 必须始终保持系统中的压力，这可能很难做到，因此可能会影响响应时间和适应任何必要的性能变化的能力。

运动系统的使用环境也很重要。例如，温度波动会影响液压油的性能，从而影响整个系统。可能需要额外的组件和维护来将油加热或冷却到适当的温度，以便它可以根据需要流经系统，确保一致的性能。

另一方面，电动执行器通常不受温度影响。执行器可能会过热，但这通常是由于占空比的极端变化，或者其尺寸不适合应用。如果在寒冷的环境中使用，可以使用润滑脂来确保性能。

噪音是另一个需要考虑的环境因素。液压系统往往会产生噪音，这可能是机器操作员所关心的问题。通过使用更安静的电动执行器最大限度地减少机器发出的噪音可以提高操作员的安全性和舒适度。

这有助于创造更理想的工作体验，这是一个日益重要的方面，因为制造业（像许多行业一样）正在努力寻找熟练工人。提供安全舒适的工作环境不仅有助于留住员工，还能够吸引新的潜在员工。

评估总拥有成本很重要

Tolomatic 表示，从液压执行器转向电动执行器的最大挑战之一是客户对这两种技术的了解和信心。

该公司表示，有很多人长期从事液压工作，但不知道或不太适应电动替代方案。相反，有许多人职业生涯较早，伴随着电动技术长大，这使他们渴望更多的控制和数据收集，从而偏爱电动执行器。他们也可能不太熟悉液压系统，这进一步影响了他们的驱动技术选择。

对每种系统的优缺点进行更多的行业教育，以及直接与 Tolomatic 等运动控制技术供应商合作，有助于更好地了解这两种系统，从而做出更明智的决策。

此外，评估电动线性执行器与液压缸相关的总拥有成本 (TCO) 有助于确定给定机器应用的最佳选择。在这样做时，Tolomatic 指出了冰山原理——基于液压缸的运动系统的初始成本低于电动执行器的成本，但表面之下的成本更高，这可能会影响 TCO。

如前所述，液压系统需要更多的维护，这会导致机器整个使用寿命内的运营成本增加。在评估液压系统的 TCO 时，应考虑用于为系统提供动力的能源、液压油的处理费用以及需要更换的现有过滤器。

虽然电动执行器的前期安装成本更高，但与液压系统相比，它们的总体拥有成本往往更低。这部分是由于这些系统所需的维护最少，而且能够更准确、更高效地执行。

根据 Tolomatic，电动执行器系统通常在 75-80% 的效率范围内运行，而液压执行器系统的效率在 40-55% 范围内。系统效率越高，使用的能源就越少，从而降低公用事业成本。

与此相关的是，电动执行器仅在需要时才需要电流，因此在静止状态下几乎不使用能量。然而，液压系统要求 HPU 始终处于加压状态，以确保系统在需要时做好工作准备，这在电力使用效率上并不高。

随着各行业部门寻求改善能源利用和整体环境影响，流体动力行业正在努力提高液压系统的效率。这些努力与其他方面相结合，将有助于在适当的情况下在未来几年内保持液压系统的使用。

Tolomatic 得出的结论是，从液压驱动转向电动驱动的应用范围每年都在持续增长。该公司表示，它正在不断与客户合作，解决他们独特的应用情况，以确保电动执行器系统满足所有性能要求。虽然工业领域正在向电动化转变，但 Tolomatic 还指出，在某些应用中，液压和气动将继续成为正确的技术解决方案。

来源：液压传动与控制