作為一種提高性能、降低成本的手段，車載電子設(shè)備的問世促進(jìn)了電動推桿在苛刻的戶外 應(yīng)用中的推廣。但是如果不采取特殊的措施保護(hù)零部件在各種惡劣環(huán)境中正常使用，就無 法實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢。本文將討論電動推桿的主要環(huán)境威脅、測試電動推桿應(yīng)對這些威脅能力 的流程、以及為了提供這種能力所采取的設(shè)計(jì)特征。

　　在需要對負(fù)載進(jìn)行舉升、下降、推拉、旋轉(zhuǎn)或定位的戶外應(yīng)用中，電動推桿是氣缸和油缸 的絕佳替代選擇。電動推桿廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、娛樂設(shè)施、船舶、工業(yè)甚至 住宅自動化領(lǐng)域。在各種應(yīng)用中，電動推桿可承受固體、液體、極端溫度、沖擊、振動、 腐蝕、電氣沖擊和電磁干擾等惡劣環(huán)境。每種威脅都催生了諸多標(biāo)準(zhǔn)測試方法，并迫使設(shè) 計(jì)師們采取許多新的保護(hù)措施來滿足這些標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　固體和液體防護(hù)

　　對于電動推桿而言，塵埃和污垢等固體及液體滲入電動推桿是最大的環(huán)境威脅之一。在戶外應(yīng) 用中，這些環(huán)境威脅可能來自于雨水、雨夾雪、降雪以及每天工作結(jié)束后在現(xiàn)場或工地進(jìn)行高 溫高壓直沖清洗。IP等級是衡量防止固體和液體侵入的國際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了環(huán)境防護(hù)的程度， 即外殼能夠防止影響其性能的物體進(jìn)入其內(nèi)部的能力。工業(yè)執(zhí)行器采用IP等級確定裝置在特定 應(yīng)用中正常使用所需的環(huán)境防護(hù)等級。

　　IP防護(hù)等級由兩個數(shù)字組成(表1)。第一個數(shù)字表示防止固體異物侵入內(nèi)部的能力，第二個數(shù)字表示防止液體侵入內(nèi)部的能力。例如，IP00表示無法防止固體異物和液體進(jìn)入裝置內(nèi)部，IP11表示可防止尺寸大于50mm的固體異物以及雨水或冷凝水侵入裝置，IP66表示可防止粉塵顆粒滲入裝置，并能夠從任意角度直接用水高壓沖洗。

　　表1：外殼的防護(hù)等級(國際電工委員會[IEC] 60529)。

　　對于粉塵環(huán)境，最低防護(hù)等級要求為IP54。在含有鋸屑、紙屑或硬紙板顆粒的極端粉塵環(huán)境 中，IP65級防護(hù)會更加合適。此外，IP65級裝置還能夠應(yīng)對一些潮濕環(huán)境，但要在大雨環(huán)境 中使用，則建議采用IP66級防護(hù)。如果執(zhí)行器甚至?xí)敲醋詈貌捎肐P67級防護(hù)。在執(zhí) 行器必須承受高溫高壓直沖清洗時最佳的防護(hù)等級應(yīng)為IP69K級。例如，農(nóng)機(jī)和建筑應(yīng)用日益 采用高壓清洗設(shè)備進(jìn)行直沖清洗，使得IP69K級設(shè)備正變得日益重要。

　　為了測試系統(tǒng)的防水等級，專家們需要參考現(xiàn)行測試規(guī)范在每種防護(hù)等級測試中對水量、壓 力、溫度和距離的規(guī)定，并按照測試規(guī)范的要求將執(zhí)行器全部置于此環(huán)境中。在測試裝置承 受高壓直沖的能力時，他們需要在100 bar (1450 psi) 的壓力及靠近執(zhí)行器0.1至0.15米的狀態(tài) 下對執(zhí)行器的各個面進(jìn)行直沖清洗測試。在每次測試后，專家將會拆解執(zhí)行器，查看是否有 水進(jìn)入執(zhí)行器內(nèi)部。

　　這種標(biāo)準(zhǔn)測試一般是在靜態(tài)下完成的，但在動態(tài)工作或運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行IP防護(hù)等級測試可實(shí)現(xiàn) 更高的可靠性。因此，專家們不僅需要知道執(zhí)行器在靜態(tài)下承受壓力沖洗的能力，而且還要 確保裝置在雨中使用仍然能夠得到有效的保護(hù)。例如，在密封不當(dāng)?shù)膱?zhí)行器中，伸縮管的運(yùn) 動會導(dǎo)致內(nèi)部壓力的變化，致使執(zhí)行器就像注射器一樣吸入雨水，這會對電子設(shè)備造成傷害 并損壞設(shè)備。這些缺點(diǎn)不會在靜態(tài)測試中體現(xiàn)出來，但在動態(tài)測試中將一覽無余。

　　提高IP防護(hù)等級是密封策略的一個主要功能。每個部件都必須進(jìn)行密封，包括電機(jī)安裝座。氈 刷、密封件和墊圈采用整體化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)所需的IP防護(hù)等級。氈刷可在工作過程中清除伸 縮管上的污染物，這是防止水侵入的第一條防線。密封件可幫助氈刷進(jìn)一步提供保護(hù)。墊圈 用于實(shí)現(xiàn)外殼、蓋管、電機(jī)與背部安裝部件之間的密封。

　　圖2：新型Thomson Electrak HD電動推桿的IP69K 級防護(hù)能力部分源于集成到電纜接頭中的密封件和墊 圈結(jié)構(gòu)。

　　圖3：伸縮管氈刷和外殼墊圈可防止Thomson Electrak HD電動推桿的機(jī)械和電子裝置受到污染物和 水液侵入的危險。

　　近年來，許多戶外應(yīng)用的工作溫度范圍呈日益擴(kuò)大的趨勢。對于農(nóng)業(yè)和工程機(jī)械而言，-40°F (-40°C) 至185°F (85°C) 的溫度范圍目前已成為新的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)的下限值可確保裝置在極寒 環(huán)境中仍能夠可靠工作，而上限值不僅能夠確保裝置在地球上最熱的氣候環(huán)境下正常使用， 而且還能夠讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師靈活地安裝電動推桿，例如，在發(fā)動機(jī)室內(nèi)部或靠近發(fā)動機(jī)室的地 方。

　　最常用的溫度測試標(biāo)準(zhǔn)為EN60068-2-1和EN60068-2-2。歐洲標(biāo)準(zhǔn) (EN) 是由三大歐洲標(biāo)準(zhǔn)組 織CEN、CENELEC和EISI批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。若要通過低溫工作測試，裝置必須在-40°F (-40°C) 的 溫度及額定負(fù)載下工作96個小時。同樣，若要通過高溫工作測試，裝置必須在185°F (85°C) 的 熱浸環(huán)境及額定負(fù)載下工作72小時。一些制造商可能會根據(jù)市場需求延長測試時間。例如， 對于高溫工作測試，Thomson進(jìn)行了96小時測試而非72小時，從而進(jìn)一步確保裝置在極端溫 度環(huán)境下的工作安全性。

　　電動推桿還必須通過溫度突變測試，這種環(huán)境狀況常見于用冷水噴灑高溫部位，或者在滿載 循環(huán)工作期間采用冷水進(jìn)行冷卻。另一種極端狀況是電動推桿安裝在寒冷氣候下使用的工程 機(jī)械上，在每天工作結(jié)束后采用高溫?zé)崴M(jìn)行高壓沖洗，尤其是電動推桿未使用且處于完全 冰冷的狀態(tài)下。

　　電動推桿上集成的電子設(shè)備不僅要求進(jìn)行環(huán)境防護(hù)，還要進(jìn)行極端溫度防護(hù)。傳統(tǒng)的過熱保 護(hù)措施可用于實(shí)現(xiàn)極端溫度防護(hù)。這種傳統(tǒng)的過熱保護(hù)措施在電機(jī)內(nèi)部內(nèi)置了熱斷路器，使 之直接嵌入電路板中。電路板上的熱保護(hù)裝置能夠同時對電機(jī)和電路板進(jìn)行過熱保護(hù)，并允 許電動推桿在關(guān)閉之前完成整個行程。如果發(fā)生過熱，電機(jī)上的傳統(tǒng)斷路器可在行程的任何 位置關(guān)閉電動推桿。電子設(shè)備還采用了低溫?zé)嵫a(bǔ)償設(shè)計(jì)，允許電動推桿在低溫時以大電流工 作，防止麻煩的斷路狀況。

　　工作沖擊防護(hù)

　　最新的沖擊測試內(nèi)容涵蓋了外殼、結(jié)構(gòu)螺栓和產(chǎn)品中所有的印刷電路板組件/傳感器。根據(jù) EN60068-2-27測試標(biāo)準(zhǔn)，工作沖擊測試的條件為：在400 m/s2的加速度下工作100次，6 ms 的沖擊脈沖，在相互垂直的三個軸上重復(fù)進(jìn)行沖擊測試。

　　EN60068-2-32標(biāo)準(zhǔn)定義了跌落沖擊測試過程。它詳細(xì)規(guī)定測試的標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)備從1000mm的 平臺上沿每個軸的各個方向跌落至鋼板或混凝土地面上，至少重復(fù)進(jìn)行6次跌落測試。

　　隨機(jī)振動防護(hù)

　　除了要能夠承受熱沖擊之外，工程車輛還必須能夠在連續(xù)振動狀態(tài)下有效地工作。這些測試 標(biāo)準(zhǔn)通常由具體的原始設(shè)備制造商規(guī)定，確保電動推桿能夠承受極具挑戰(zhàn)的振動環(huán)境。

　　在裝置未通電或工作狀態(tài)下進(jìn)行此項(xiàng)測試，將裝置安裝在振動設(shè)備上，振動設(shè)備的功率譜密 度按照圖2進(jìn)行設(shè)置。被測試的電動推桿必須伸出一半行程以上，并且在每個正交的軸上各測 試24小時。

　　表2：在各種功率譜密度下允許的振動頻率

　　印刷電路板上較大的部件采用機(jī)械的方式固定且采用緩沖墊以適應(yīng)高沖擊或振動環(huán)境。如果 沒有額外支撐，在強(qiáng)振動或沖擊狀態(tài)下，這些部件通常會發(fā)生故障。

　　腐蝕防護(hù)

　　在與運(yùn)輸或海上使用相關(guān)的工程機(jī)械應(yīng)用中，鹽水浸泡和鹽霧是主要的腐蝕源。ASTM B117-11是鹽水環(huán)境的測試標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定設(shè)備必須能夠承受一定小時數(shù)的鹽霧環(huán)境且正常工 作，并且在測試結(jié)束時沒有鹽霧進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。設(shè)備制造商可根據(jù)具體市場需求自行決定測 試的時間長短。例如，Thomson電動推桿的測試時長為500小時。

　　其它常見的腐蝕源包括碳?xì)浠衔?、尿素和化肥。最常用的耐化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)為ISO 15003，它為農(nóng) 用機(jī)械車輛、林業(yè)機(jī)械、園林景觀機(jī)械的電氣設(shè)備制造商提供了設(shè)計(jì)要求和指導(dǎo)。此外，它 還為特定環(huán)境狀態(tài)提供了測試標(biāo)準(zhǔn)，并定義了在典型工作過程中可能會發(fā)生極端環(huán)境狀態(tài)的 嚴(yán)重程度。

　　耐化學(xué)測試要求零部件能夠在一定化學(xué)濃度的條件下工作三天，零部件制造商可根據(jù)市場要 求規(guī)定化學(xué)品的濃度。例如，Thomson對于農(nóng)業(yè)和工程機(jī)械上常用電動推桿的化學(xué)濃度測試 要求如下：

　　● 柴油 – 100%

　　● 液壓油 – 100%

　　● 制動油 – 100%

　　● 乙二醇 – 50%水溶液

　　● 尿素氮 – 飽和溶液

　　● 氮磷鉀復(fù)合肥*9(氮磷鉀各7.5%)– 飽和溶液

　　其它適用的耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，尤其是耐受尾氣處理液 (DEF) 的標(biāo)準(zhǔn)為DIN 70070-05、AUS 32及 ISO 22241-1。

　　電壓波動防護(hù)

　　電壓波動的原因可能有電池電量低、電壓調(diào)節(jié)器故障、連接導(dǎo)線較長、導(dǎo)線接頭腐蝕以及接 地不良等原因。Thomson Electrak HD等最新的電動推桿都經(jīng)過了嚴(yán)格測試，能夠應(yīng)對各種電 壓波動以及電壓瞬升、誤接和短路等狀況。

　　為了確保電動推桿能夠承受最小和最大工作壓力而不導(dǎo)致任何損壞，需要在規(guī)定的電壓下測 試規(guī)定的時間。例如，12V直流電動推桿必須能夠在9V DC至16V DC的電壓下工作5分鐘。額 定電壓為24V DC的電動推桿必須能夠在18V DC至32V DC的電壓下工作5分鐘。值得注意 的是，這些測試只是在上下電壓極限狀態(tài)測試，而它們還必須能夠在電壓范圍內(nèi)的某一不固 定電壓下工作(表3)。

　　表3：允許的工作壓力范圍

　　為了確保電動推桿能夠應(yīng)對意外的工作電壓瞬升而不發(fā)生損壞，12V DC的電動推桿必須能夠 在26V DC的測試電壓下運(yùn)行5分鐘。同樣，24V DC的電動推桿還必須能夠在36V DC的測試電 壓下運(yùn)行5分鐘(表4)。

　　表4：允許的過電壓工作電壓

　　為了確保電動推桿在反極性的狀況下仍能夠工作，12V DC電動推桿必須能夠在26V DC的測試 電壓下運(yùn)行5分鐘，而24V DC的電動推桿必須能夠在至少36V DC的測試電壓下運(yùn)行5分鐘 (表5)。

　　表5：允許的誤接電壓范圍

　　在戶外使用中，短路和靜電放電 (ESD) 也會導(dǎo)致裝置損壞。ASAE EP455測試標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了短 路測試要求和流程，而ISO 10605提供了靜電放電測試的流程。

　　電磁干擾和瞬變浪涌防護(hù)

　　印刷電路板可能會受到來自各種干擾源的電磁干擾 (EMI) 和瞬變浪涌。ISO 13766和ISO 7637-2 是為EMI和瞬變浪涌保護(hù)提供測試指導(dǎo)的最重要的標(biāo)準(zhǔn)。它們可提供以下測試標(biāo)準(zhǔn)：

　　● 傳導(dǎo)發(fā)射 – ISO 13766(EMI/EMC測試)

　　● 輻射發(fā)射 – ISO 13766(EMI/EMC測試)

　　● 電磁抗擾 – ISO 13766(EMI/EMC測試)

　　● 感性負(fù)載開關(guān) – ISO 7637-2(電氣瞬變)

　　● 啟動 – ISO 7637-2(電氣瞬變)

　　● 負(fù)載突降 – ISO 7637-2(電氣瞬變)

　　● 正電感瞬態(tài)測試 – ISO 7637-2(電氣瞬變)

　　● 正負(fù)耦合測試 – ISO 7637-2(電氣瞬變)

　　沒有任何測試標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)對所有可能環(huán)境威脅的100%防護(hù)，以上所述的防護(hù)措施均源自原始 設(shè)備制造商最嚴(yán)格的要求和主要工業(yè)組織制定的相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)。越嚴(yán)格遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，電動 推桿的環(huán)境防護(hù)性能越好。

　　同樣，除了遵守公司及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之外，我們還采取了以下設(shè)計(jì)特征，為環(huán)境防護(hù)和符合各種 標(biāo)準(zhǔn)提供支持：

　　● 整體配合式零部件

　　● 對所有零部件進(jìn)行全面密封，包括電機(jī)和引線

　　● 更強(qiáng)大的氈刷設(shè)計(jì)

　　● 不銹鋼伸縮管

　　● 堅(jiān)固耐用的電泳漆鍍鋅外殼 ? 堅(jiān)硬的陽極氧化鋁罩管 ? 抗震的電子裝置，例如印刷電路板和電位計(jì)

　　嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)并采取相關(guān)設(shè)計(jì)特征可幫助提高電動推桿對標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，提高設(shè)計(jì)過程的 靈活性，讓您在設(shè)計(jì)時無需擔(dān)憂元件的安全和可靠防護(hù)問題。

（轉(zhuǎn)載）