智能执行器为公用车辆和其它工程车辆带来重大好处 - Thomson Linear.PDF

智能执行器为公用车辆和其它工程车辆带来重大好处 Håkan Persson, Thomson 执行器产品经理 Thomson Industries, Inc. Wood Dale, IL 540-633-3549 Thomson@ 工业设备和工程车辆制造商在设备的许多性能和功能上正采用自动化控制或改进的手动控制方 式来提高设备的性能、安全性、人体工程学设计并降低应用成本。这些改进通常都基于计算机技 术，将计算机信号转化为物理运动，使客户受益。传统的液压或气动系统控制通常不适合计算机 控制操作，因此现在人们越来越多地使用电动解决方案。含有位置反馈、动力系统及总线通讯的 智能电动直线执行器为客户提供了高性价比的解决方案，能够将控制逻辑信号转化为智能运动。 图1 -节气门执行器能够自动控制发动机转速，从而降低设备噪声和废气排放并节约燃料。 工程车辆执行器的传统作用是在操作员的控制下施加作用力以完成一项任务。随着车辆变得越来 越复杂，制造商们正在不断为执行器添加顶尖特性，具有代表性的特性包括增加电子控制技术， 提供更加复杂、优化和安全的运动。例如，操纵杆提供控制器输入驱动电动直线执行器控制挖掘 机的轮胎（如图 1）。在驾驶员与转向机构间增加控制器可以通过限制车辆转弯时的行进速度来 改善车辆的安全性。或者，车载计算机控制系统自动增大建筑挖掘机的节气门，达到能够操作液 压设备的水平，然后在不需能量的情况下减小节气门，将其恢复至理想位置。 图2 （上）和图3 （下）- 用电动直线执行器替代液压缸或气缸意味着安装更简单紧凑、控制更 简单、能量消耗更低、精度更高、维护更少、噪音更小及环境更清洁安全。 在这个领域内，传统执行器技术的瓶颈是促进电动直线执行器发展的一个主要障碍。传统的液压 缸或气缸通常都是从一个端点运动到另一个端点，无法确保中间过程的运动精度，而绝大多数复 杂应用都要求控制中间运动过程的精度。为解决这个问题，气缸和液压缸经常采用电子闭环反馈 控制，但这会增加系统的成本和复杂性，因为这不仅需要有电子和液压或气动控制系统，而且还 存在复杂的布线问题。同时，气缸或液压缸还要配有大量的泵和阀，沉重的能量传递和控制管路 散布四处（如图2 ）。 正因为如此，使用电动直线执行器正成为一种重要趋势。电动直线执行器显著地减少了系统所需 零部件的数量，消除了液压系统中所需的零部件，如蓄能器、液压泵、直流电机、电机继电器、 电磁阀、单向阀、液压缸及按钮操作台等。电动直线执行器采用小且轻的电线取代了笨重甚至有 时危险的液压软管，而且执行器本身通常也比液压缸更小更轻，还能够输出与液压缸相同的力和 行程（如图3）。此外，相比于液压系统，电动直线执行器的噪声要相对小的多。 电动直线执行器配置选项包括伺服电机和步进电机，这两类电机是工业生产中典型的设计选择， 它们具有高精度、高重复精度及全负载循环等特征。这些电机非常昂贵，而且在大多数情况下它 们的高成本并不适合工程车辆应用，因为在工程车辆应用中物体通常一个小时只定位几次而不是 需要连续定位，1/16 英寸的定位精度已经足够满足需求，不需要达到0.001 英寸。 直流执行器给客户提供了一种低成本选择，它可以满足大部分的工程车辆应用需求。然而传统的 直线执行器需要安装许多附件，如控制电机反转的全桥电路、电源、控制和位置感应系统等。这 些附件增加了执行器的成本和复杂性，需要额外地布线和接头，在安装和维护过程中还需要采取 额外步骤。 图4 –Thomson 开发的智能执行器详细视图，它包含全桥电路及电源、控制器及集成在执行器 内部的位置反馈系统等。 最近，我们开发了专门用于工程车辆应用的智能执行器，它包含全桥电路及电源、控制器及集成 在执行器内部的位置反馈系统等。因此在车辆上安装盒维护执行器就变得非常简单，因为集成的 全桥电路意味着所有用户只需将电源电缆和控制总线连接到执行器上就可以了。 新一代的智能执行器采用了总线通讯技术，大大减小了成本和整个车辆操作的复杂性。通过总线 技术，单路控制器取代了多路功能控制器。这种处理同样大大减少了车辆所需的线缆数量。总线 通讯技术已经在汽车工业中得到证明，今天许多车辆上都采用了这种技术。工程车辆制造商可以 应用这项技术的优势以及这项技术在汽车工业中的规模经济来增加车辆功能，降低车辆成本。 按照传统方法，每个执行器都需要有一个电控单元（ECU）。使用总线技术的智能执行器只需要 从控制器拉出一根经过各执行器的总线电缆，而传统方法里每个执行器都要用一根单独的电缆与 控制器相连。每个执行器控制器有一个独一无二的地址，它们可以接受到每一个从车辆控制系统 发出的控制信号，但只会执行