伺服电动缸的与气动液压缸的优缺点对比,电动缸主要是在于安装、精确定位、控制、速度、可靠性、出力、周期寿命、环境、成本等优点。接下来讲的是伺服电动缸与气液压缸系统的优缺点对比
电动缸系统的效率通常在70-80%的范围内,而液压系统的效率一般约为40-50%。此外,由于效率的原因,液压致动器每年消耗的电力是电动缸的2-3倍。
从设计角度来看,液压缸的设计结构也很紧凑,但考虑了液压动力装置的占地面积;电动缸系统的总占地面积通常小得多,以便实现更紧凑和高效的机器设计。
电动缸可以在极端温度下工作,对性能的影响最小。也很少需要维护。只要定期使用高/低温润滑脂进行润滑,就可以保持高、稳定的输出;液压系统依靠系统的密封完整性实现适当的性能。由于磨损、温度和其他因素,密封完整性和性能将降低。
使用时,电动缸只要用电就可以工作,无污染、泄漏等问题;液压系统的泄漏只是时间问题。泄漏可能是安全隐患,也可能导致许多环境问题。
电动缸的使用寿命可以通过动态额定负载来估计,而液压缸的使用年限极难预测。电动缸允许用户更好地计算和选择满足系统使用寿命要求的致动器。
电动缸还可以为一起使用的伺服系统提供位置、速度和力/扭矩数据,并提供更好的监控过程。
主要是从可靠性角度分析、测试性角度分析、维修性角度分析、安全性角度分析、环境适应性角度分析、寿命维度角度分析。
(1)可靠性角度分析
液压缸的系统组成相对复杂,包括液压管路、液压泵、液压阀、缸体等。液压缸的行程由电磁阀接收的接近开关信号控制。位置锁定由锁定阀控制。如果液压系统漏油,液压缸的行程精度和位置保持精度将降低。
电动缸系统的结构比液压缸的结构简单。电机和气缸集成在一起,控制器和电缆使结构简单紧凑;电动油缸的行程由接近开关控制。高可靠性接近开关控制电动缸的伸缩,行程控制可靠;电动缸的伸出由电机的旋转控制,电机的旋转由控制器精确控制,使得电动缸在任何行程中的位置都可以停止和锁定(丝杠的自锁和电机的锁定),并且位置锁定可靠。
(2)测试性角度分析
目前液压系统的故障诊断比较困难,主要是因为压力测试点的选择比较复杂,这也给液压系统的测试和维护带来了困难。
液压系统管路按压力分为高压管路、回油管路和排油管路。当液压系统发生故障时,系统中通常没有压力或压力不足。由于没有压力测试点,处理类似问题的通常方法是从液压泵开始,将每个相关元件与高压管道隔离,然后观察其对高压管道的影响,并逐步进行故障排除。
此外,在复杂的液压系统中,由于多个回路的工作压力不同,如果没有合理的压力测试点,系统调试将很困难。
在电动缸的可测试性设计中,应合理选择测试模式和方法,合理划分产品单元,设置测试点,以便于调试和维护。
在电机控制器上设计了检测电流测试点,可以读取电机控制器的输入电流和电机的输入电流,从而检测故障状态下电流是否过大。如果电机控制器和电机之间的电流超过额定电流的两倍,将及时发出警报。
在电机和电机控制器内部设计了温度检测点。电机控制器可以根据温度值检测温度是否过高。整个上位机还可以读取电机控制器和电机的实时温度,以便在故障状态下进行故障检测。
在电机控制器中设置限位保护测试点,通过读取限位信号检查电流限位信号的工作状态,以检测限位开关是否正常工作。
(3)维修性角度分析
液压缸的维护包括密封件、缸筒、活塞杆/导套和缓冲阀的检查和维护。
此外,液压管路分为吸油管、回油管和压力油管。不同管道的安装、维护和使用要求不同,需要进行不同的处理。
电动缸是电机、减速器、齿轮减速器和缸体的集成设计,当电动缸发生故障时,可以很容易地隔离和排除故障。同时,由于集成度高、零部件少、故障点低、维护概率低,因此只需要进行常规润滑脂注入维护。
(4)安全性角度分析
在日常工作中,液压系统安全事故频繁发生,造成人员伤亡轻、生命重,甚至对工作场所造成严重损害。液压缸常见的安全隐患如下:
1)系统超压引起的安全问题
如泄漏、油管爆裂;蓄能器飞射;弱小的部分爆裂并射出小尺寸的硬物体。
对于电动缸,当电动缸运行时,当驾驶员检测到电流大于设定值时,会发出报警,同时停止工作,在驾驶员的数码管上显示相应的报警信息,并将报警信息反馈给上位机。电动缸具有位置锁定功能和限流功能。电动缸在运行过程中断电时,电动缸自锁;当电动油缸发生故障时,打开限流器,以确保负载和油缸的安全。
此外,光电传感器设置在电动缸的上下限。当采集到上下报警信号时,上控制器及时停止电动缸的工作,以保护电动缸和发射车的其他设备不受损坏;电动缸的上限和下限设置有机械限制,以防止电动缸或上部系统的超行程操作损坏电动缸。当电动缸运行到下限位置时,主丝杠螺母的端面与主主轴承盖接触。两个接触面嵌有高减震PU弹性体产品,大大降低了机械碰撞造成的冲击力,确保结构部件不受损坏,实现了极限功能,可有效避免类似液压缸系统超压引起的各种风险。
2)高温液压系统
在高温条件下,一些液压设备可能因泄漏而喷出油,导致安全事故。此外,高温系统的邮箱通常配备有电加热器和温度控制系统。如果温度控制系统在使用过程中出现故障或未连接,加热器将长时间加热油,温度将持续升高,最终导致油燃烧,导致火灾或爆炸。
电动缸的所有传动和结构部件均为机械部件,高温性能与常温性能基本相同。
3)液压锁故障
在提升重物的液压装置中,液压单向阀常被用作液压锁。当重物提升到适当高度时,油缸停止移动,系统不再共享高压油。液压锁关闭工作室中的液压油,以支撑重物。
如果液压系统的管路和油不够干净,液压锁芯和阀座之间有大型杂物卡住,液压锁会失效,重物会掉落。
在电动缸的设计过程中,自锁功能设计留有足够的余量。电机采用永磁失电制动,确保工作过程中发生异常停电时电动缸能实现有效制动,避免异常停电时负荷下降的风险。
(5)环境适应性角度分析
液压缸中液压油的粘度容易受到外部温度的影响。当液压缸处于低温环境时,液压油的粘度变大,液压油分子之间的间隙减小,导致液压油的摩擦力增大,液压缸的效率降低;当液压缸在沙尘条件下工作时,如果沙尘进入液压系统,液压阀、液压泵和液压管路的使用寿命将缩短。
电动缸主要由电机、减速器、缸体等机械传动机构组成。结构简单紧凑。工作环境温度的变化对电动缸的工作影响很小。一般情况下,电动缸的工作温度范围为-40~80°C。电动缸设计有满足高低温工作性能的电机、减速器和驱动器。结构件的润滑采用适合高低温的润滑脂,使电动缸具有良好的温度适应性;电动缸的安装面用橡胶或铜箔密封,推杆的突出端面用弹性防尘环防水防尘。因此,电动缸可在水和沙尘条件下可靠运行。
(6)从寿命维度分析
由于电动缸的所有动力、传动和执行元件均为机械传动结构,因此可通过L10寿命计算和动态额定负载估算其寿命。然而,液压缸的寿命与环境温度和其他外部条件密切相关,因此难以精确计算。根据市场调研,液压系统的使用寿命一般为12000小时,按12小时工作制计算约为4年。电动缸的使用寿命可根据实际需要提前计算和设计。理论使用寿命大于液压缸的使用寿命。但轴承作为电动缸的薄弱环节,其平均无故障使用时间约为1000h,低于液压缸的阀门、管道、液压油等部件。因此,电动缸远远优于液压缸。