电静液驱动EHA融合了液压和机电技术的优点

摘要：

电静液驱动将液压输出力大的优势与机电设备的能源效率结合在一起。

原文：Sara Jensen

翻译编辑：腾益登

液压驱动已经存在了很长时间，并且继续提供许多应用所需的功率密度。但近年来，人们开始转向机电驱动选项，因为它们被认为更节能，并且不存在漏油问题——但这项技术也有其缺点。

另一方面，电静液驱动结合了两种技术的优点，Moog Inc. 新业务开发工程经理Dave Geiger表示。“它为您提供机电驱动的所有优势，并且还为您提供液压驱动的所有优势。”

虽然比机电驱动更昂贵，但他表示，如果您需要兼具两全其美的优势，电静液驱动是您的最佳选择。

电静液驱动满足所有设计要求

Geiger解释说，电静液驱动技术的工作原理与机电驱动类似，双向电机控制输出设备（即执行器）的线性或旋转运动。不同之处在于，电静液驱动技术使用液压传动来传递运动，而不是机械传动。

“因此，这是执行器输出和电机本身之间的液压传动，”他说。

该比较图显示了液压EH、电动机械EM和电静液驱动装置EHA之间的技术差异以及各自的优缺点。

Geiger表示，与纯液压或机电驱动相比，电静液驱动技术满足了设计师在开发运动控制系统时面临的五个主要问题：

• 能源效率
  

• 环境清洁
  

• 低噪音
  

• 大的力输出
  

• 零背隙
  

   

* 零背隙是精密传动行业中的一个重要术语，对应的英文词汇是zero backlash。当联轴器正向旋转时，若突然改变旋转方向，此时如果联轴器的中间弹性体配合存在间隙，则会出现瞬间空载的现象，这个回程间隙会造成传递扭矩丢失以及控制精度降低等诸多不利影响，在精密传动中应尽量避免。

液压系统并不以节能著称——尽管目前该领域正在大力发展——而且潜在的漏油问题往往会抵消其对环境的清洁。液压系统也会产生噪音，但也有正在研发的降低噪音水平的技术。但Geiger表示，液压系统非常擅长提供高强度的动力，而且不会产生零背隙，而零背隙在试图实现精确的运动控制时并不是一件好事。

之所以转向机电系统，是因为液压系统在前三个方面有所欠缺，尤其是能源效率和环境清洁，而这两个方面在今天比过去更为重要。虽然机电驱动具有能源效率、低噪音排放和环境清洁等优势，但该技术缺乏提供高力量和系统不产生零背隙的能力。

Geiger表示，这正是电液静压技术发挥作用的地方，因为它在所有五个方面都表现出色，因为它将机电技术的优势与液压技术的优势结合在一起。

如何选择正确的驱动方法

液压驱动和机电驱动的目的相同，但它们的实现方式不同。

对于液压驱动，比例阀控制输出装置的旋转或线性运动。Geiger 表示，该技术的问题在于效率不高，因为阀门上的压力下降幅度很大，因此会消耗大量能源。

另一方面，机电驱动使用双向电机来控制运动。他解释说，电机通过改变其速度和方向来向前和向后移动执行器的输出装置。通常，使用机械传动装置，例如用于旋转运动的变速箱或用于线性运动的螺杆。但是，该技术在力输出和耐用性方面受到限制。

因此，了解成本参数和应用要求是确定使用哪种类型的驱动技术时要考虑的关键因素。

对于那些注重成本而不太关心能源效率和环境影响的人来说，液压系统是最佳选择。“它仍然是市场上成本最低的[选择]……[并且]它是最容易获得的解决方案，市场上有如此多的产品可供选择，”Geiger 说。

如果成本仍然是一个因素，以及能源效率和环境，那么机电驱动系统可能是最合适的选择。

当能源效率和环境对应用很重要，但机电设备无法满足其高强度和耐用性要求时，电静液驱动技术就会发挥作用。

“对于电静液驱动技术，当客户真正关心环境和能源效率，但无法使用机电解决方案时，电静液[解决方案]就会发挥作用，”Geiger 说。

“通常，[客户无法] 使其工作的原因在于，该应用需要极高的力，或极高的耐用性要求，[因为]执行器上可能存在很大的冲击负载。这时，我们会说我们需要进入电静液驱动应用，这才是最适合的。”

Geiger 说，Moog 在与客户合作时采取技术中立的方法，因为它提供所有三种执行技术，并相信会为应用推荐最佳选项。

电静液驱动技术的市场应用持续增长

多年来，电静液驱动已在各个行业中证明了自己的价值，并且继续在寻求高力量、节能和减少环境影响相结合的行业中赢得市场份额。

Geiger 表示，穆格自 20 世纪 80 年代以来就一直在使用这项技术，当时航空业希望将飞行控制系统改为线控操纵系统（本质上是从执行器位置引出线控）。历史上，人们使用液压系统，但航空业希望消除所有相关的液压管线，因为它们可能会泄漏，而且通过减少用于传输能量的管线，可能可以提高效率。。

电动机械不是一种选择，因为虽然所需的力量很低，但该行业不希望存在任何主要飞行控制装置失灵的风险。他解释说，他们想要一种线控操纵（本质上是电动的）解决方案，但不希望螺丝或变速箱等机械设备成为其中的一部分，因为它们可能会失灵。

Geiger 说，这使得电静液驱动成为一种选择，因为从传动的角度来看，该技术的工作原理与液压系统相同。“我们 [Moog] 最终将该行业转向电静液驱动，用于主要飞行控制。”

工业机械是另一个从液压驱动技术转向电静液驱动技术的行业，部分原因是环境压力越来越大，要求减少能源消耗和排放。Geiger 表示，从液压转向电动机械或电静液驱动（取决于机器的力需求）起步缓慢，但近年来已加快步伐。“现在的转变相当迅速，”他说。

由于电静液驱动具有节能和高输出力，他预计工业机械行业将在未来 10 年内迅速转向该技术。

随着移动建筑设备市场向电池供电系统过渡，Geiger 还看到了电静液驱动在移动建筑设备市场的应用机会。建筑机械行业通常被认为是新技术的缓慢采用者，但在过去 5 年中，该行业加大了对电池供电选项的开发力度。

他表示，这些机器需要使用高效驱动装置，以最大限度地减少从电池中消耗的能量，否则会缩短两次充电之间的运行时间。有些小型机器使用机电驱动装置，例如与 Moog Construction 合作开发的 Bobcat T7X 全电动小型履带式装载机。

然而，挑战在于，大型机器对力和耐用性的要求更高，而目前的机电技术无法满足这些要求。然而，电静液驱动装置可能是这些机器的正确解决方案，因为它可以提供所需的高力和效率。

“我认为这是电静液驱动装置目前的巨大未来，因为它是一个如此大的市场，而且这个行业正在发生变化，”Geiger 说。“从产量和运动的角度来看，我认为这将是我们会看到大量牵引力的地方。”

他指出，其他重型移动机械，如农业机械和采矿设备，也可以从这项技术中受益。如果燃料电池成为未来的首选动力源，电动静液系统也将在这些应用中证明是有益的。

与任何技术一样，成本始终是一个因素。Geiger 说，某些行业对成本非常敏感，这可能会导致在转向其他驱动技术时犹豫不决。

建筑业就是其中之一，他说它对成本极为敏感。“这是该行业长期坚持使用传统液压系统的原因之一，因为它非常便宜。”

Geiger 说，成本压力将是一个巨大的挑战，因为电动静液系统并不便宜。但建筑业是一个具有高产量潜力的行业，“我们希望通过产量来降低这些成本，”他总结。

行业知识的转变可能会改变技术需求

许多行业正在发生的代际转变可能有利于电静液驱动技术的采用。Geiger说，如今刚从学校毕业的学生可能不会了解液压技术，除非他们就读于流体动力专业，但他们知道如何设计伺服电机和机电相关技术，这将有助于开发和维护这些系统。

在建筑等行业，由于工人多年来一直使用该技术，因此对液压技术非常熟悉。然而，随着老一辈人退休，这种制度知识正在消失，这可能会为其他技术进入该领域腾出空间。

液压的复杂性也是一个长期存在的问题，而替代方案可以克服这个问题。“如果你看看液压系统中有多少个阀门和多少个歧管，就会发现这是一个非常复杂的回路；如果回路中有一个部件出现问题，很难找出问题所在，”Geiger解释道。

“液压系统绝对是最难管理和设计的，”他说。

机电系统的组件较少，因此更容易确定问题发生的位置。电动静液系统在这方面与此类似，尽管它具有液压传动。但这种传动是分布式的，而且很简单，他说，“因为它位于执行器上，而在普通液压系统中，有一个庞大的歧管为机器上所有这些不同的执行器供电。”

他解释说，分布式系统更容易确定故障的位置，因为它发生在执行器上，而不是控制许多执行器点的中央系统。“只要有这样的分布式系统，排除故障就容易得多。”

Geiger 说，电动静液系统的故障排除可能比机电系统稍微困难一些，但比液压系统容易得多。

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：电静液驱动EHA融合了液压和机电技术的优点