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长期以来，在降低成本的同时提高人机工程学特性并降低驾驶员的疲劳程度一直是汽车设计师的一个主要目标。在非公路用机动车辆中，机电式执行器使用量的迅速增加就是这一努力以及其它市场驱动因素的直接结果，机电式执行器的使用使得以前被认为不切实际的自动化方案有了实现的可能。 （图片） 许多人工操作的自动化通常认为是不可能实现的，通常在将液压致动作为解决方案使用时更是这样。结果，液压系统规模的不断增大将成本和复杂程度提高到一个难以承受的水平。另外，众多任务需要不用运转发动机来完成，这样也增加了人工工作量。
使用机电式执行器，可以克服与液压解决方案相伴的众多困难：机电式执行器清洁、高效，易于安装，只需使用电力来进行驱动和定位。与来自液压液体的污染有关的问题得以消除，并可缩减液压系统的规模。（图片） 通过电力而不靠发动机运转来驱动执行器意味着发动机罩举升和驾驶室倾斜可以自动进行。设计人员还可以给予驾驶员更多的控制能力，因为只需一个电信号就可以驱动和定位执行器，可以集成进位置反馈功能，电缆比起软管更易于管理。由于有了这些进展，机器实现自动化的可能性和现实性被大大拓宽。
多数情况下，执行器由一个驱动滚珠丝杠或丝杠的电机及传动装置和一个举升臂组成，它们结构紧凑，几乎可安装在任何空间内。这些执行器的安装方式通常与液压缸相同，使用了 U 形钩或枢销安装件，在尺寸上非常相似，执行器上也可集成进位置反馈功能。使用滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动，使得该执行器成为一种极为高效、磨损很低预期寿命很长的设备。
在考虑一个应用是否适合通过电气方法实现时，需要对几个因素进行检查。首先，必须考虑负荷、速度、行程长度和电源等基本工程要素，其次是考虑坚固性、密封性和负荷循环等因素。
在考虑一个应用是否适合通过电气方法实现时，需要对几个因素进行检查。首先，必须考虑负荷、速度、行程长度和电源等基本工程要素，其次是考虑坚固性、密封性和负荷循环等因素。
市场上具有各种标准的执行器，大多数适合室内使用，例如用于办公家具或医院床铺等。但是，非公路用机动设备应用对坚固性的要求要高出很多。可靠性和抗振性及抗冲击性在多数情况下是不可缺少的，需要对执行器进行特别设计和制造以满足苛刻的应用条件。
许多情况下，非公路用机动设备设计人员需要执行器具有灵活的设计，安装配置、电气接口和位置反馈等特性通常被定制设计以满足应用要求。
直线执行器用在哪些方面？
人工或费力的定位功能自动化任务可通过经济有效的电气执行器轻松解决，这已被世界领先的非公路用机动设备制造商所证明。Thomson Tollo执行器产品系列具有 30 多年的成功应用历史，在农业、林业、建筑和海洋机械等非公路用机动设备领域广泛采用。（图片） 现代化联合收割机中可携带多达10个执行装置以实现各种功能。其中一些应用原来是人工完成的，例如，通过一个带人工摇把的丝杠进行操作的凹面调节。现在，机器上的计算机可对凹面调节、筛眼调节以及整个脱粒装置的自动水平调节等功能进行控制。可由电气执行器提供的经济有效的可靠反馈系统适用于这些应用，可以满安全运行和高可靠性要求。（图片）
以上按顺时针方向：典型的机电式执行器设计；执行器示例；
带有内置行程末端限位开关的执行器；Timberjack 林木运输车
执行器必须能够应对斯堪的那维亚森林中常见的恶劣条件。 这样一种在设计上被集成进机器中的执行器必须具有很长的可靠寿命，而且必须能够在数个月不使用或在长时间在脏污和潮湿环境中运行后仍能够正常工作。
通过 GPS 导航的现代精密耕作技术，农药喷洒机和播种机等机动设备在体积控制、出土前施用标记和各种阀门控制等应用中使用了大量执行器。
许多液力驱动机器的一个常见功能就是使用电气执行器的节流阀控制。通过直接在柴油泵上安装微型执行器，机载计算机可将电机转速调节到任何适合机器的所需数值，因此能够平稳和精确地控制节流阀位置，更有效地利用电机动力。
这种方法在远程控制应用中广泛使用，例如在林业中使用的卷扬机和牵引车。
许多情况下，执行器可作为无线控制器和液压阀之间的连接环节。用执行器取代电磁阀或磁性阀的优点是，执行器可被平稳调节和控制到任意位置，在断电情况下也可保持其位置。通过高效和耐用的执行器设计，可以实现滑阀等要求极为苛刻的应用，并可完成数百万次操作，这在几年以前还被认为是用小型执行器不可能实现的事情。
在环境苛刻的林业生产中，执行器的应用正迅速增长。其中，发动机罩举升和驾驶室倾斜等功能是最为常见的应用。有无数理由来选择机电式运动而不是手动或液压移动。
发动机罩或整个驾驶室通常只有在进行维修时才被打开。出于安全原因，必须将发动机关闭，电气执行器所需的电源可直接从电瓶获得。
另外一个安全因素是执行器能够自动锁定，这意味着，即使电机的电源被切断，执行器的位置也能保持，直到电机重新起动。这种情况对于液压或气动执行器来说是个问题，在使用这两种执行器时，压力损失可能会使执行器失去稳定，从而对操作人员造成危险并损坏机器。
另外，许多执行器还具有手动超调功能，即使电瓶已没电，也能继续运行。这在许多应用中是一个至关重要的功能，例如在施工设备、铁路中的火车挂钩和集电弓架以及远距离电力切换等应用中。
为了应对斯堪的那维亚森林中的极端恶劣条件，执行器的设计对其中元件的保护程度极高。IP65 是这些执行器的标准防护等级，诸如能够耐受从远低于冰点的温度到发动机舱中极高的温度这一范围内的温度变化等特性是必不可少的。
对提高生产效率日益增长的要求，促使人们不断改善驾驶员人机工程学与环境设计。因此，驾驶员座位自动水平调整以及进入爬梯折叠等使用越来越普遍。
在较大型设备上，甚至连门也实现了电气驱动，允许驾驶员在车辆于山坡上工作时将车门打开和关闭。（图片） 发动机罩驱动帮助
发动机罩驱动不仅仅是大型林业设备才用得到，在带折臂运输车、大型压实机和道路施工设备中也日益采用。在现在的许多大型农业拖拉机中，打开和关闭发动机罩的操作也需要实现自动化。
这些功能不仅为驾驶员提供了方便，而且还明显提高了安全性，确保大的质量得到控制，并避免误用或其它危险操作。
发动机舱口或吃水调整设备驱动以及变速机构和节气门控制等船舶应用因海上环境盐份较高而需要具有抗腐蚀性。发动机舱中使用的执行器通常需具有防点火功能。
对健康的关注使得执行器甚至步入以前被认为太家庭化而无法实现自动化的应用中。草坪和花园拖车的制造商因执行器的可靠性和坚固性而对其大加利用。这些设备通常缺乏液压动力，对集草车和割草机实现经济有效的自动化的需要，使得执行器在这里自然占据一席之地。
一直通过液压方式驱动的大型草坪维护和市政设备正日益采用电气执行器，因为对液压动力需要的降低意味着可以减小系统尺寸，从而削减成本。
在几乎所有应用中，在使用电气执行器取代液压执行器时，都可以取得成本节约，因为与大型和僵硬的管线相比，电气连接一般较易实现，而且分布于驾驶室或控制单元的振动被降低了。
为如此众多的应用提供服务需要具有广泛的产品系列并具有非常灵活的设计能力。通常还要具有很高的定制化水平，以满足每种应用的独特要求。特殊电气连接、安装方法以及尺寸和关键性能指标方面的设计经常需要发生改变，以便为 OEM 厂商提供一种可满足其苛刻要求的设计。
目前，日益采用机电自动化的趋势非常明显。所得到的无油操作、污染消除和能源消耗降低等优点为非公路用机动设备制造商开辟了新的应用可能性，为用户提供了自动化程度更高、具有人机工程学设计并且更加清洁和高效的设备。
Anders Trygg是Danaher Motion执行器部门的产品经理。
网络资源：
Danaher Motion
http://www.danahermotion.com
原载《DESIGN NEWS China》
4/3/2006
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