作為增強(qiáng)性能和降低運(yùn)營(yíng)成本的一種方法，車載電子設(shè)備的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電動(dòng)推桿在充滿挑戰(zhàn)的戶外應(yīng)用中的普及。但是，要實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)，就需要采取特殊措施來(lái)保護(hù)組件免受這些潛在的惡劣環(huán)境的影響。在本文中，我們著眼于機(jī)電執(zhí)行器的主要環(huán)境威脅，測(cè)試執(zhí)行器承受這些威脅的能力的過(guò)程以及提供此功能的設(shè)計(jì)特征。

在需要提升，降低，推動(dòng)，拉動(dòng)，旋轉(zhuǎn)或定位負(fù)載的室外應(yīng)用中，機(jī)電線性致動(dòng)器可以提供出色的替代，以替代氣動(dòng)和液壓致動(dòng)器。電動(dòng)推桿廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，建筑，娛樂(lè)，海洋，工業(yè)甚至住宅自動(dòng)化領(lǐng)域。在各個(gè)操作點(diǎn)上，這些系統(tǒng)可能會(huì)受到固體，液體，極端溫度，沖擊，振動(dòng)，腐蝕，電瞬變和電磁干擾的攻擊。圍繞每種類型的威脅，越來(lái)越多的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法應(yīng)運(yùn)而生，設(shè)計(jì)人員正在構(gòu)建有助于滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的新保護(hù)措施。

新型Thomson Electrak HD電動(dòng)推桿專為要求在固態(tài)，液體，極端溫度，沖擊，振動(dòng)，腐蝕和電磁干擾方面具有最大可用抵抗力的移動(dòng)非公路車輛應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

防止固體和液體進(jìn)入

對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器而言，最大的環(huán)境威脅之一是灰塵和污垢等固體物質(zhì)和液體的浸入。在室外應(yīng)用中，這可能包括雨，雨夾雪和大雪，再到在野外或建筑工地工作一整天后要進(jìn)行高溫高壓沖洗的一切。衡量防止固體和液體進(jìn)入的保護(hù)措施的全球標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際保護(hù)標(biāo)記或IP代碼。IP評(píng)級(jí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)旨在指定外殼提供的環(huán)境保護(hù)程度，以防止可能影響性能的異物進(jìn)入。工業(yè)執(zhí)行器使用IP等級(jí)系統(tǒng)來(lái)確定特定應(yīng)用中生存所必需的環(huán)境保護(hù)程度。

IP等級(jí)由兩個(gè)數(shù)字組成（表1）。第一個(gè)數(shù)字表示對(duì)固體的抵抗力，第二個(gè)數(shù)字表示對(duì)液體的抵抗力。例如，IP等級(jí)為00表示沒(méi)有保護(hù)措施以防固體或液體。IP等級(jí)11意味著可以防止大于50mm的物體進(jìn)入，并免受雨淋或凝結(jié)。IP等級(jí)66意味著可以防止塵粒大小的顆粒滲透，并且可以防止來(lái)自任何方向的高壓水射流進(jìn)入。

表1：外殼的防護(hù)等級(jí)（國(guó)際電工委員會(huì)[IEC] 60529）。

對(duì)于多塵應(yīng)用，IP54是要考慮的最低等級(jí)。對(duì)于灰塵較多的應(yīng)用，例如涉及木屑，紙張或紙板顆粒的應(yīng)用，IP65可能更合適。IP65等級(jí)的設(shè)備也可以處理一些濕氣，但是如果預(yù)計(jì)在大雨中運(yùn)行，則IP66等級(jí)更合適。如果執(zhí)行器可能浸入水中，則IP67等級(jí)將更好。如果執(zhí)行器必須承受高壓，高溫沖洗過(guò)程，則IP69K最合適。例如，在越來(lái)越多使用高壓清洗設(shè)備的農(nóng)業(yè)設(shè)備和建筑應(yīng)用中，滿足與IP69K相關(guān)的要求變得越來(lái)越重要。

要測(cè)試系統(tǒng)的防水性，專家將參考已發(fā)布的有關(guān)每個(gè)額定值的水的體積，壓力，溫度和距離的測(cè)試規(guī)范，并在遵循該規(guī)范的所有三個(gè)平面上淹沒(méi)執(zhí)行器。為了測(cè)試耐高壓沖洗的能力，他們可能會(huì)在所有平面上將其暴露在100 bar（1450 psi）的0.1至0.15米距離處。每次測(cè)試后，專家將拆卸執(zhí)行器以尋找進(jìn)水的證據(jù)。

這類標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試通常在靜態(tài)系統(tǒng)上進(jìn)行，但是當(dāng)執(zhí)行器處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)觀察IP測(cè)試條件下的性能可以提高可靠性。因此，重要的是要知道靜態(tài)執(zhí)行器不僅可以承受壓力沖洗，而且在雨中室外操作時(shí)也能得到很好的保護(hù)。例如，在密封不充分的執(zhí)行器中，由于延長(zhǎng)管在運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部壓力可能會(huì)發(fā)生變化，從而使其像注射器一樣起作用，將雨水吸入。這可能會(huì)損壞電子設(shè)備并損壞設(shè)備。此漏洞不會(huì)在靜態(tài)測(cè)試中顯示，但會(huì)在動(dòng)態(tài)測(cè)試中顯示。

達(dá)到更高的IP等級(jí)主要是密封策略的功能。每個(gè)部件都應(yīng)密封，包括電機(jī)安裝座。刮水器，密封件和墊圈是成功達(dá)到IP等級(jí)所不可或缺的。在操作過(guò)程中，刮水器清除了延長(zhǎng)管上的污染物，這是防止進(jìn)水的第一道防線。密封件支撐刮水器以完成保護(hù)。墊圈在外殼，蓋管，電機(jī)和后部安裝組件之間提供密封。

圖2：新型Thomson Electrak HD電動(dòng)推桿的IP69K等級(jí)部分來(lái)自電纜連接器中的密封件和墊圈。

圖3：加長(zhǎng)管刮水器和外殼墊片可保護(hù)Thomson Electrak HD執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)載電子設(shè)備免受污染物和水的侵入。

防止極端溫度：

近年來(lái)，已經(jīng)出現(xiàn)了擴(kuò)大許多戶外應(yīng)用的工作溫度范圍的趨勢(shì)。從-40 °F（-40 ° C）到185 ° F（85 ° C）的溫度是農(nóng)業(yè)和工程車輛應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的低端確保了在最冷的氣候下的性能。較高的溫度范圍不僅可以確保在地球上最溫暖的氣候下運(yùn)行，而且還可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供安裝靈活性，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)或附近。

EN60068-2-1和EN60068-2-2是應(yīng)用最廣泛的溫度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)之一。歐洲標(biāo)準(zhǔn) （EN）正在由三個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn) 組織之一CEN，CENELEC或ETSI  批準(zhǔn)  。要通過(guò)低溫操作測(cè)試，設(shè)備必須在-40 °F（-40 ° C）的溫度下均熱，并在額定負(fù)載下運(yùn)行96小時(shí)。同樣，要通過(guò)高溫操作測(cè)試，設(shè)備必須在額定負(fù)載下運(yùn)行72小時(shí)，同時(shí)在185 ° F（85°C）。一些制造商可能會(huì)根據(jù)市場(chǎng)需求選擇超過(guò)測(cè)試的小時(shí)數(shù)。例如，湯姆森（Thomson）測(cè)試的時(shí)間是96小時(shí)而不是72小時(shí)，以進(jìn)一步確保在極端溫度水平下的安全操作。

執(zhí)行器還必須能夠在安裝在高溫場(chǎng)所并被冷水潑濺時(shí)可能發(fā)生的急劇的溫度變化之后通過(guò)此類測(cè)試。其他條件可能包括在滿負(fù)載和占空比下運(yùn)行，并用冷水沖洗。另一個(gè)極端的例子是將致動(dòng)器安裝在寒冷氣候下使用的建筑設(shè)備上，并在一天結(jié)束時(shí)用高溫水進(jìn)行壓力清洗，尤其是如果不使用致動(dòng)器并將其冷浸的話。

除了要求環(huán)境保護(hù)之外，車載電子設(shè)備的集成還有助于防止極端溫度。傳統(tǒng)上，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部設(shè)有熱斷路器來(lái)提供過(guò)熱保護(hù)，而該保護(hù)現(xiàn)在已嵌入電路板中。電路板上的熱保護(hù)可防止電動(dòng)機(jī)和電路板過(guò)熱，并允許執(zhí)行器在關(guān)閉前完成行程。如果發(fā)生過(guò)熱，電動(dòng)機(jī)上的傳統(tǒng)斷路器會(huì)在行程中的任何位置停止執(zhí)行器。電子器件還包括低溫?zé)嵫a(bǔ)償功能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在低溫下汲取更高的電流，而不會(huì)造成誤跳閘.

保護(hù)免受操作沖擊

最新的沖擊測(cè)試曲線涵蓋了外殼，結(jié)構(gòu)螺栓以及產(chǎn)品中包含的所有印刷電路組件/傳感器。在EN60068-2-27測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，操作沖擊測(cè)試涉及100次操作，每個(gè)操作400 m /s2，持續(xù)時(shí)間為6 ms，該沖擊脈沖應(yīng)在三個(gè)相互垂直的軸中的每一個(gè)上重復(fù)進(jìn)行。

EN60068-2-32定義了跌落沖擊測(cè)試。它詳細(xì)說(shuō)明了將設(shè)備從1000mm平臺(tái)在每個(gè)軸的兩個(gè)方向上掉落到鋼或混凝土地板上的過(guò)程，并重復(fù)該過(guò)程至少六次。

防止隨機(jī)振動(dòng)

除能夠承受熱沖擊外，非公路用設(shè)備還必須能夠在持續(xù)振動(dòng)中有效地發(fā)揮作用。運(yùn)行通常針對(duì)OEM的測(cè)試協(xié)議，以確保電動(dòng)推桿夠承受具有挑戰(zhàn)性的振動(dòng)曲線。

在未供電或未操作且未安裝且在振動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試的情況下，按照表2所示的功率譜密度水平進(jìn)行指導(dǎo)。被測(cè)Thomson電動(dòng)推桿應(yīng)延伸行程長(zhǎng)度的一半，并在三個(gè)正交軸上分別進(jìn)行24小時(shí)的測(cè)試。

表2：各種功率譜密度水平下的可接受頻率。

印刷電路板上的較大組件通過(guò)機(jī)械方式固定在板上，并在高沖擊或振動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行了緩沖。在高振動(dòng)或沖擊情況下，這些組件通常會(huì)在沒(méi)有附加支撐的情況下發(fā)生故障。

防腐蝕

在與運(yùn)輸或其他海上作業(yè)相關(guān)的許多非公路應(yīng)用中，鹽水浸泡和鹽霧可能是腐蝕的主要來(lái)源。ASTM B117-11為鹽水，它說(shuō)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠承受一定數(shù)量的鹽霧的小時(shí)，并在沒(méi)有入口的鹽霧試驗(yàn)結(jié)束運(yùn)作。測(cè)試設(shè)備的制造商應(yīng)根據(jù)其特定的市場(chǎng)需求確定測(cè)試的持續(xù)時(shí)間。例如，湯姆森（Thomson）將其線性電動(dòng)執(zhí)行器測(cè)試到500小時(shí)。

其他常見(jiàn)的腐蝕源包括碳?xì)浠衔?，尿素和化肥。ISO 15003是耐化學(xué)性應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一，它為移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，林業(yè)機(jī)械，園林綠化和園藝機(jī)械中使用的電氣設(shè)備制造商提供了設(shè)計(jì)要求和指南。它提供了針對(duì)特定環(huán)境條件的測(cè)試協(xié)議，并定義了典型操作期間可能發(fā)生的極端環(huán)境條件的嚴(yán)重性級(jí)別。

耐化學(xué)性測(cè)試要求能夠承受三天的運(yùn)行時(shí)間，該操作要在被測(cè)組件的制造商根據(jù)其特定的市場(chǎng)需求定義的一系列化學(xué)濃度中進(jìn)行。以下是Thomson用于農(nóng)場(chǎng)和建筑設(shè)備上常用的電動(dòng)執(zhí)行器的示例：

柴油– 100％

液壓油– 100％

剎車油– 100％

乙二醇– 50％水溶液

尿素氮–飽和溶液

? PK肥料* 9（7.5％每N，P，K） -飽和溶液

適用于耐腐蝕性的其他標(biāo)準(zhǔn)，特別是柴油機(jī)排氣液（DEF），是DIN 70070-05，AUS 32，ISO 22241-1。

防止電壓變化

電池電量不足，調(diào)壓器故障，接線時(shí)間長(zhǎng)，接線連接腐蝕和接地不良可能導(dǎo)致電壓變化。最新的電動(dòng)線性執(zhí)行器，例如Thomson Electrak HD電動(dòng)推桿，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，可承受其設(shè)計(jì)所能承受的電壓水平以及電壓尖峰，極性反轉(zhuǎn)和短路。

為了確保電動(dòng)推桿能夠接受其最小和最大工作電壓水平而不會(huì)造成損壞，進(jìn)行測(cè)試需要證明其可以在指定的時(shí)間內(nèi)承受規(guī)定的電壓量。例如，一個(gè)12V DC執(zhí)行器應(yīng)能夠在9V DC和16V DC之間運(yùn)行五分鐘。額定為24V DC的執(zhí)行器應(yīng)能夠在18V DC和32V DC之間工作五分鐘。重要的是要注意，這些只是在最終限制下運(yùn)行的測(cè)試。設(shè)備還必須在這些值之間無(wú)限期工作（表3）。

表3：可接受的工作電壓范圍。

為確保電動(dòng)推桿可以處理意外的工作電壓尖峰而不會(huì)造成損壞，應(yīng)測(cè)試12V直流執(zhí)行器以在5分鐘內(nèi)處理26V DC的尖峰。同樣，應(yīng)測(cè)試24V DC執(zhí)行器以處理36V DC 5分鐘（表4）。

表4：可接受的過(guò)電壓操作。

為了確保電動(dòng)推桿能夠承受極性反轉(zhuǎn)的影響，一個(gè)12V直流電動(dòng)推桿應(yīng)能夠承受負(fù)26V直流電壓持續(xù)5分鐘，而在24V直流時(shí)，執(zhí)行器應(yīng)能夠承受負(fù)36V直流電壓5分鐘（表5）。

表5：可接受的極性反轉(zhuǎn)范圍。

短路和靜電放電（ESD）可能會(huì)導(dǎo)致室外操作中的損壞。ASAE EP455測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)涵蓋短路測(cè)試，而ISO 10605提供ESD測(cè)試程序。 

防止電磁干擾和瞬變浪涌

印刷電路板會(huì)受到來(lái)自各種來(lái)源的電磁干擾（EMI）和瞬態(tài)浪涌的影響。ISO 13766和ISO 7637-2是最重要的標(biāo)準(zhǔn)，為EMI和電氣瞬變提供了測(cè)試指南。它們提供了以下測(cè)試協(xié)議：

• 傳導(dǎo)輻射 -ISO 13766（EMI / EMC測(cè)試）

• 輻射 -ISO 13766（EMI / EMC測(cè)試）

• 電磁抗擾性 -ISO 13766（EMI / EMC測(cè)試）

• 感性負(fù)載開(kāi)關(guān) -ISO 7637-2（電瞬態(tài)）

• 啟動(dòng) -ISO 7637-2（電子瞬態(tài)）

• 甩負(fù)荷 -ISO 7637-2（電子瞬態(tài)）

• 正電感瞬態(tài)測(cè)試 -ISO 7637-2（電瞬態(tài)）

• 正負(fù)耦合測(cè)試 -ISO 7637-2（電瞬態(tài)）

信心十足

盡管沒(méi)有任何測(cè)試協(xié)議可以保證100％免受所有可能的環(huán)境侵害，但以上建議的措施是根據(jù)最嚴(yán)格的OEM要求和領(lǐng)先行業(yè)組織制定的相關(guān)測(cè)試協(xié)議共同制定的。對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的遵守程度越高，則對(duì)機(jī)電執(zhí)行器的保護(hù)作用就越強(qiáng)。

此外，除了尋求符合公司和行業(yè)定義的標(biāo)準(zhǔn)外，還尋求以下設(shè)計(jì)功能，這些功能支持環(huán)境保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性：

• 組件的整體配合

• 全面密封所有組件，包括電機(jī)和導(dǎo)線

• 增強(qiáng)的雨刮器設(shè)計(jì)

• 不銹鋼延長(zhǎng)管

• 堅(jiān)固的鋅外殼，帶電子涂層

• 硬質(zhì)陽(yáng)極氧化鋁蓋管

• 防振電子設(shè)備，例如印刷電路板和電位計(jì)

認(rèn)真關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的設(shè)計(jì)功能將有助于促進(jìn)合規(guī)性，提高設(shè)計(jì)過(guò)程的靈活性，并使您確信您正在盡一切可能確保對(duì)元素進(jìn)行安全可靠的保護(hù)。