電液執(zhí)行器的原理與應(yīng)用
執(zhí)行器作為一種動力裝置，綜合了氣動、液壓、控制、機電、計算機、通信等技術(shù)，可以快速、穩(wěn)定地對被控對象的位置進行精確控制，不僅應(yīng)用于各種閥門的驅(qū)動、控制中，而且現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在電力、水利、冶金、造紙、航天、管線、石化、工業(yè)裝備、食品加工等領(lǐng)域眾多需要動力驅(qū)動的部位。按所用驅(qū)動能源形式劃分，執(zhí)行器可分為氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和電液執(zhí)行器。
電液執(zhí)行器將控制模塊和液壓動力模塊集成一體，分為直行程、角行程兩種。控制模塊發(fā)出指令到智能可控電動機或伺服閥，控制液壓動力模塊以線性位移（或角位移）輸出力（或力矩），驅(qū)動被控對象，并通過位移反饋完成調(diào)節(jié)過程，實現(xiàn)各種功能控制。
目前市場上使用最多的電液執(zhí)行器一般可分為兩種：一種是伺服閥控制式電液執(zhí)行器，即傳統(tǒng)的電液伺服執(zhí)行器，通常采用開式循環(huán)液壓系統(tǒng)，通過控制伺服閥調(diào)節(jié)液壓油流動方向及流量大小，實現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)，如德國的Reineke電液執(zhí)行器；另一種是電動機控制式電液執(zhí)行器，采用閉式循環(huán)液壓系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)步進電動機或伺服電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速來控制雙向泵壓力油輸出方向和流量，對被控對象進行精確調(diào)控，如韓國RPM、美國REXA等電液執(zhí)行器。
1 電液執(zhí)行器與氣動及電動執(zhí)行器的比較
氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式。采用氣體做動力介質(zhì)，最大的優(yōu)點是安全性高，對使用環(huán)境要求低，可應(yīng)用于易燃易爆的工作場合。但由于氣體的可壓縮性，剛度相對較低的氣動執(zhí)行器響應(yīng)較慢，分辨率欠佳，控制精度低，抗偏差能力較差，應(yīng)用在動態(tài)力或摩擦較大情況下時，極易引起設(shè)備的不良振動。且其能-重比差，功率密度低，較大驅(qū)動力的氣動執(zhí)行器極其復(fù)雜、笨重而昂貴。雖然在高精度控制方面不足，但由于氣動執(zhí)行器安全，易于操作、維護，初始投資省，有較高性價比，在化工、航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
電動執(zhí)行器又稱電動執(zhí)行機構(gòu)，使用單相或三相電動機驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿輸出直線或旋轉(zhuǎn)運動。電動執(zhí)行器可輸出相對恒定的驅(qū)動力，高度穩(wěn)定，抗偏差能力強，控制精度要比氣動執(zhí)行器高，不用借助其他輔助系統(tǒng)可自動保位，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障，維護費用高，調(diào)節(jié)過于頻繁會引起電動機發(fā)熱，減速齒輪易磨損。此外，電動執(zhí)行器運行緩慢，難于實現(xiàn)大驅(qū)動力，且存在過載保護實現(xiàn)困難、不良位置等問題。電動執(zhí)行器最適合開/關(guān)操作，主要應(yīng)用于動力廠或核動力廠。
電液執(zhí)行器集成了電動操作的簡易性、液壓的動力快速、固態(tài)電子的可靠性和用戶配置的靈活性，具有響應(yīng)速度快、控制精度高、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。電液執(zhí)行器克服了氣動執(zhí)行器的控制精度低、電動執(zhí)行器的可控性差等問題，在一定的應(yīng)用場合和工作環(huán)境下，具有無可比擬的優(yōu)勢，因而廣泛應(yīng)用在電廠、石化等比較特殊的場合。
2 電液執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及原理
2.1 傳統(tǒng)電液伺服執(zhí)行器
傳統(tǒng)電液伺服執(zhí)行器將油源站與電液伺服系統(tǒng)集成為一體，所有部件如電動機-泵單元、伺服或比列控制閥、液壓缸、位置反饋組件、壓力表、液位和溫度報警傳感器、過濾器、溢流閥、單向閥等都安裝在容器內(nèi)部。電動機通常為鼠籠式異步電動機，性能穩(wěn)定，可滿足電液伺服執(zhí)行器各工況要求，且價格較低。伺服閥為電液伺服執(zhí)行器的控制核心，既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，其功用是將小功率的電信號輸入轉(zhuǎn)換為大功率液壓能（壓力和流量）輸出，能夠?qū)敵隽髁亢蛪毫M行連續(xù)雙向控制，從而實現(xiàn)對執(zhí)行器位移、速度、加速度和力的控制，動態(tài)響應(yīng)速度快，控制精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于快速高精度的各類機械設(shè)備的液壓閉環(huán)控制中。
2.2 電動機控制式電液執(zhí)行器
市場上電動機控制式電液執(zhí)行器無論是液壓系統(tǒng)、控制方式還是工作過程都大同小異，均采用步進電動機或伺服電動機、高精度雙向齒輪泵、液壓缸、油箱、反饋組件等。所有組件均與外部獨立、封閉，高度集成，模塊化、小型化設(shè)計。
3 電液執(zhí)行器的應(yīng)用分析
高精度的電液伺服執(zhí)行器輸出推力大，全行程時間短，響應(yīng)快，控制精度高，無超調(diào)，運行非常平穩(wěn)，適合于高壓差、高黏度介質(zhì)等嚴(yán)酷工況條件。但其往往需要配套使用一個液壓站或者帶一套伺服控制系統(tǒng)，體積龐大，對液壓油清潔度要求高，往往存在泄漏等問題，而且生產(chǎn)成本、使用成本（能耗和維護費用）高。因而僅在少數(shù)需要大驅(qū)動力或高精度連續(xù)調(diào)節(jié)控制的時候才使用。
和傳統(tǒng)電液伺服執(zhí)行器相比，電動機控制式電液執(zhí)行器，體積小、重量輕，安裝、使用方便，生產(chǎn)、使用成本低，只在需要調(diào)節(jié)時電動機和泵才會啟動。性能優(yōu)越，能達到電液伺服執(zhí)行器大多數(shù)指標(biāo)。雖然電動機控制式電液執(zhí)行器有諸多優(yōu)點，但在大功率、大行程、大慣量、復(fù)雜的特性補償方面無法實現(xiàn)，而傳統(tǒng)的電液伺服執(zhí)行器則有明顯的優(yōu)勢。
4 結(jié)論
在不同的應(yīng)用環(huán)境下，氣動、電動、電液執(zhí)行器各有自己的優(yōu)勢，本文總結(jié)了三種執(zhí)行器的優(yōu)缺點，并以伺服閥控制式和電動機控制式兩種類型電液執(zhí)行器為例，從液壓原理、控制方式、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用等方面作了詳細(xì)的比較分析，對執(zhí)行器的設(shè)計和使用有一定的實用價值。
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