执行元件的八项选择标准

当决定流体驱动和机电线性致动器，密切考虑最终用户的长期利益可以帮助原始设备制造商(OEM)系统设计人员最大化产品价值和投资回报率(ROI)。

流体驱动的执行器通过空气、气体、油或其他介质转化电能运动。虽然它们提供的运动比其他类型的执行器简单，但支持它们所需的基础设施却不是。液压执行机构需要外部系统的泵和阀门;气动执行器需要复杂的空气输送系统。对于两者，行程长度由机械硬停止来定义。

机电系统可以用更简单的设计处理更复杂的操作。电动机通过带齿轮、蜗轮、行星齿轮或直接联轴器转动滚珠丝杠，滚珠丝杠通过延伸管将扭矩转化为轴向力。所有关键的运动组件都是，或者可以是自包含的。运动由可编程的电子信号控制。

系统设计人员在选择流体驱动和机电执行器时应考虑以下八个标准。

1.运动轮廓控制

随着业务的波动性和复杂性的增加，执行器驱动的机器和设备的用户需要在整个运动范围内更好地控制位置、速度或力。流体驱动的执行器不容易做到这一点。它们很难达到许多应用中可能需要的缓慢、可控的速度。在某种程度上，基于流体的执行器可以使用外部系统(如比例调节器、阀门和编码器)获得控制，但这会增加成本和进一步的复杂性。

由于机电运动是由电子控制的，因此可以对该设备进行编程，使其在行程的任何点停止。力和运动配置文件可以在软件中更改，而无需关闭和重新配置机器。在从一种产品切换到另一种产品时，机电执行器的可控性增加通常可以消除转换的需要。在包装生产线等应用中，可以在一个班次中运行多个包装尺寸，这可以显著节省成本(见图1)。机电致动器也可以联网，实现同步等功能，使最终用户更容易处理不平衡负载。

2.对清洁和安全的影响

除了限制对运动轮廓的控制外，流体还会使工作环境变得更脏，具有潜在的危险。例如，液压油必须运输和储存。无处不在的泄漏必须清理，并可能导致工厂地板上的滑倒事故。必须使用各种过滤方法来减少污染物。当液体完全降解后，必须仔细更换和处理。由于压缩空气供应中存在油和其他杂质，气动执行器也存在类似的问题。排出的空气在排入环境之前必须经过过滤去除杂质。

机电致动器没有这样的问题。运动是精确配合的金属部件，只需要常规润滑-或者在某些情况下根本不需要润滑。鉴于此，机电致动器特别适用于需要超净操作的卫生应用，如食品、饮料、包装、医疗和电子制造行业(见图2)。

由于所有组件都包含在具有高入口保护的密封模块中，因此机电致动器也更适合污染风险较高的环境:化工厂，造纸厂，焊接作业和户外应用。

3.耐久性和维护

只要避免污垢和液体污染就会减少压力在维护资源上，但维护工作量的最大贡献者是基于流体的系统的复杂性。

常规、中断/修复式维护对于基于流体的系统至关重要。机油失去功效，必须检查。垫圈和密封件容易损坏和磨损。必须监控基础设施组件，并根据需要进行替换。然而，机电致动器的运行时间更长，无需维护干预，在整个致动器的使用寿命内提供一致的性能。

4.环境噪声

噪声是液压和气动执行器的一个重要问题。液压系统由电动机、轴承、转子/定子组件和风扇组成。马达驱动泵，泵通过阀门给气缸中的液压油加压。流体通过管道、软管和配件组成的系统输送。

为了维持压力，这个系统必须持续空转，这会产生额外的基线噪音，整个工厂都能听到，增加了环境噪音水平。这是一个令人担忧的问题，为液压系统提供噪音缓解的产品本身就是一个行业。

对于气动执行器，噪音主要是由于空气泄漏，这是经常存在的。压缩空气供应中的压力损失和杂质会影响气动执行器，导致能源消耗和噪音水平增加。

相比之下，机电致动器的设计使其运行安静。这项技术正在不断发展，以实现更安静的操作，用于其他介质执行器无法实现的应用。例如，市场上有一种机电致动器，其工作声级低于45分贝，与典型的图书馆大致相同。

5.能源效率

流体执行器利用能量的效率非常低，因为它们要经历两步能量转换过程。液压系统的优点是能够保持恒压无需施加额外的能量，但这需要保持泵连续运行，即使执行器不执行任何工作。使用气动执行器，通过泄漏泄漏的空气增加了能源使用和环境噪音水平。

相比之下，机电技术只在做功时使用能量，而且效率很高。应用于机电滚珠-滚子螺杆总成的90%以上的能量转化为功。机电设备也可以保持负载到位，而无需消耗额外的能量或复杂的系统组件。

6.空间效率

事实上，机电致动器中的一切都可以独立包含在一个紧凑的单元中，这意味着oem可以制造更小的机器。这种尺寸的减小有助于最终用户在更小的空间中增加自动化，从而提高操作效率和空间利用率(见图3)。某些制造商在制造具有单安装能力的执行器方面更进一步，使oem更容易提供更小的系统。

7.与其他应用程序的集成

随着工业系统变得更加智能和互联，将生产优化到新的质量、效率和成本控制水平的机会正在出现。其中许多涉及通过云在工作场所之间交换操作数据。在这些应用中，流体执行器不具备足够的装备，因为通常需要额外的硬件来提供集成在电动执行器中的功能。这种额外的技术要求使得将流体执行器集成到工艺优化或现代化策略中变得更加昂贵和困难。

机电致动器仅用几根电线连接到网络，使它们更容易在致动设备之间以及与优化软件交换性能信息。

8.总运营成本

虽然到目前为止讨论的每个选择标准都在一定程度上转化为最终用户价值，但机电致动器的最大贡献很可能是其在降低总运营成本方面的作用。对运动轮廓的更好控制意味着不需要购买复杂的附加组件，伺服阀或其他组件来控制操作。

更清洁的操作和更少的维护减少了监控和维修系统所需的劳动力，从而有助于降低成本。使用机电致动器消除了与传统液压系统相关的液压油的费用。

由于机电致动器在不需要维护的情况下运行更长时间，制造商节省了更换采购和库存管理。机电致动器将90%的能量转换为工作的能力使工厂节省了数千美元的能源成本。在能源密集型行业，能源成本的节省可以证明机电执行器的升级是合理的，系统投资回报最快可达一年。

更有效地利用空间可以带来巨大的经济效益，特别是在房地产价值高的地区或海上和远程作业中。展望未来，使用机电致动器最大的经济效益可能是它们准备好融入数字时代。企业通过将设备数据导入资产管理软件，实现流程和资产的更强预测管理，从而获益良多。

系统设计人员的一个关键方面是确保选择和集成正确的组件，以提供精度、效率、精度、噪声水平和其他性能特征。许多制造机电执行器的公司提供在线自助尺寸和选择工具，使设计人员能够准确地尺寸和选择线性运动系统和其他组件。

分享利益

对于最终用户来说，机电致动器比基于流体的系统更有价值的大多数相同功能也使OEM系统设计人员更容易实现这一价值。气动或液压技术需要使用复杂的、占用空间的基础设施。

机电致动器更简单，尺寸更容易。在几个步骤中，设计人员可以确定所需的负载和占空比，并指定行程和收缩长度。现代配置工具使这个过程更加容易。一旦确定了执行器，最终用户确定位置，安装并连接几根电线，执行器就启动并运行了。基于流体系统的设计人员也进行类似的计算，但必须考虑如何定位和维持致动器的流体供应的额外系统要求。

由于机电致动器为最终用户提供了许多好处，因此可以帮助oem提供更具竞争力的产品。由于它们更容易使用和更通用，机电致动器也可以降低设计和开发成本。

最大化价值和ROI

除了为系统设计人员提供比流体执行器更简单、更通用的运动组件外，机电线性执行器还为最终用户和oem提供了显著的优势。它们更清洁，更容易集成、控制和维护，更安静，更节能。此外，它们占用的空间更少-所有这些都有助于降低总运营成本，并且无需维护即可使用更长时间。液压和气动替代方案都有各自的位置，但最佳做法是在决定哪种驱动技术最适合应用时考虑所有替代方案。

选择运动控制组件

随着工业技术的进步，以及机电致动器和其他运动控制组件在重型应用中的功能扩展，系统设计人员面临着各种各样的项目选择。

应用和选择工具使设计工程师更容易选择适合其特定应用需求的产品，提供轻松的导航体验，以帮助快速确定理想的执行器解决方案。

为了确保最佳匹配，他们在做出选择时应该考虑到终端用户的一些考虑因素:

• 最终用户对运动配置文件有多大的控制权?
• 操作环境有多干净?潜在的危害是什么?
• 说明的生命周期是什么?需要多少维护费用?
• 系统有多安静?
• 节能程度如何?
• 操作需要多大的空间?
• 与其他应用程序集成有多容易?
• 对总运营成本有什么影响?

原创内容可在设备工程．

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