从液压执行器转换为电动执行器要遵循的关键步骤

由于机电系统具有精度高、可靠性强等特点，机电系统在多种工业机械应用中的使用日益增多。在许多情况下，它们正在取代传统上用于这些机器的液压系统。

虽然液压系统仍将是许多应用中的首选技术，但对于那些可以使用机电（即电动执行器）选项的应用，了解如何从一种技术转换为另一种技术以确保最佳机器性能非常重要。

Tolomatic 业务开发经理 Ryan Klemetson 在公司举办的关于从液压执行器转换为电动执行器的网络研讨会上解释说，成功转换的关键步骤包括确定应用的负载和力，以及定义其所需的运动曲线和循环速率。

遵循这些步骤将确保工业机器的性能得到维持，并实现从液压缸转换为电缸的好处。

转换为电动前需要考虑的因素

当考虑用机电系统取代液压系统时，必须考虑一些因素以确保转换可行。

首先要评估的因素之一是系统可用的空间范围。正如 Klemetson 在网络研讨会上解释的那样，液压系统的功率密度非常高，因此机器的设计始终以优化占地面积为目标。因此，可能没有空间容纳电动执行器及其附件。

电动执行器比液压缸需要更多空间，因为它们更长更宽。还需要考虑安装设计工作。

液压仍然是运动控制的重要方法

尽管在许多应用中，机电选项正在取代液压，但液压系统始终是必需的。“液压仍然可以完成传统机电技术无法完成的工作，”Tolomatic 业务开发经理 Ryan Klemetson 在公司关于从液压转换为电动执行器的网络研讨会上说道。

他说，向机电的转变与大约15-20年前人们开始重新评估气动系统以查看是否可以使用不同的技术来改进流程和效率时的情况没有什么不同。

“我们开始看到更多的应用……遵循同样的过程，即‘如何评估工具在不同应用或设备中的最佳用途？’”Klemetson 说道。

由于液压可以提供比其他运动控制技术更高的功率密度，因此它们将在未来几年内继续成为许多应用的重要组成部分，尤其是那些需要高强度力量或重物移动的应用。了解液压和电动系统的优缺点可以确保为给定的应用选择正确的选项。

还应考虑力水平和行程长度，同样要考虑可用空间的大小。虽然当今的电动执行器可以实现高力，但它们的功率密度不如液压执行器，这意味着它们需要更多空间来提供与它们所替换的液压缸类似的力。

“关键在于找到适合这项工作的工具，”Klemetson 说。因此，充分了解机器设计及其预期用途将有助于确定机电系统是否适合该应用。

准确的力测量确保电动执行器尺寸

合适 适当确定用于替代液压缸的电动执行器尺寸是从液压系统转向机电系统的第一步。为此，必须确定系统的力和负载。

Klemetson说，Tolomatic始终建议测量系统的力，而不是基于系统压力，后者通常使用以下公式：

力 = 液压缸面积 x 额定系统压力

这会导致电动执行器解决方案尺寸过大且价格过高。相反，通过在机器运行时测量液压缸中的压力可以实现更准确的力测量。

“测量位置可以说是好、更好、最好，”Klemetson 说。“测量的最佳位置始终是在工作点。”虽然这并不总是可行的，但仍有方法可以获得准确的力测量值。

使用好、更好、最好类比，液压系统中有三个区域可以进行压力测量（见下图 1）：

好 – 测量阀门处的压力，这是转换为电动执行器时常用的选项。但是，它距离工作点最远，增加了实际压力与测量压力之间出现误差的可能性。

更好 – 测量液压系统阀门和液压缸之间的压力。但是，压力补偿流量控制和针阀或其他直列附件可能会影响压力。

最好 – 测量液压缸处的压力。这是读取最接近工作点的压力的最准确位置，但也可能是最难接近的位置。

“测量越准确，系统成本就越优化，”Klemetson 说。

由于每个液压系统都不同，Tolomatic建议测量系统的工作压力和回油压力，因为系统的液压缸和阀门之间可能存在较高的回油压力。这可以降低系统的总力。

因此，建议在液压缸的伸出和缩回端口上放置测量仪表（见下图 2）并计算有效表面压力：

力 = (面积 1(πr2) x P1) – (面积 P2 (πr2) x P2)

图 2：确定电动执行器尺寸的最准确方法是计算它将要替换的液压缸每一侧的力，以确定系统的力和负载要求。

他举了一个小型液压系统的例子，该系统具有1.5英寸内径缸体、0.75 英寸杆和设置为1,500 psi (103 bar) 的压力溢流阀。如果进行简单的面积 x 压力计算，则产生的力将为 2,60 lbf。

但如果将250psi (17 bar) 的背压考虑在内，则所需力将减少 40%（1,788 lbf），因此系统尺寸可能比最初设计的要小。Klemetson说，考虑背压“在某些情况下确实可以为您节省数千美元”。“因此，我们始终推荐这是确定力需求的最准确方法”。

了解您的应用以选择组件

了解应用所需的运动曲线是使用电动执行器替换液压缸时的另一个关键步骤。只需用秒表或相机捕捉即可帮助确定应用的要求。

“了解什么是必要的很重要——我需要以给定的速率移动，还是需要在给定的时间内移动一段距离，”Klemetson 说。“这很重要的原因是，当您进入较大的力应用时，伺服电机在非常大时不会旋转得那么快。您可能只有 2,000 [或] 2,500 rpm，而不是 6,000 rpm。”

通过了解时间或速度对您的流程和应用是否重要，在某些情况下可以将电机速度降低约 50%。

它还有助于为机电系统选择组件。例如，选择合适的电动执行器螺杆技术（Acme、滚柱或球）不仅与系统性能有关，还与潜在的热量产生和维护要求有关。

Klemetson在网络研讨会上指出，从使用寿命的角度来看，辊柱丝杠(RollerScrew)在压制和高冲击应用中的表现往往优于滚珠丝杆（Ballscrew）。滚柱丝杠以其高力能力、低维护和高效率而闻名，所有这些都有利于这些类型的应用。

当你很好地了解你的应用和维护需求时，它就会“从尺寸和最终成本的角度选择优化的组件”，他说。

考虑整个系统的需求

Klemetson 说，同样重要的是要记住你正在设计一个系统，因此所有必要的组件都需要考虑到设计过程中。除了电动执行器之外，还需要考虑电机和驱动器以及将要使用的功率水平。

“所有这些都与电气方面有关，”他说。在这里，了解您的应用需求将有助于选择所需的正确类型和尺寸的电气元件。

他说经常被遗忘的一个方面是布线。“软管[和]配件不太关心层流或湍流，但对于电来说，这非常重要，”Klemetson 说。“任何要设计系统的人，都要确保选择合适的电缆，[并且]遵循正确的接线和安装电缆敷设。”

他说 Tolomatic 经常会接到客户的电话，说他们的执行器无法移动，而这最终是接地、屏蔽或布线方面的问题。“从这个角度来看，这可能是一件非常具有挑战性的事情……如果不从一开始就解决这个问题，就会成为一个长期存在的问题。”

因此，重要的是要记住机电系统中将使用的所有组件，并且所有组件都将按预期协同工作。

通过遵循这些步骤，可以成功实现工业机械从液压驱动到电动驱动的转换。

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：从液压执行器转换为电动执行器要遵循的关键步骤