作為增強(qiáng)性能和降低運營成本的一種方法，車載電子設(shè)備的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電動推桿在充滿挑戰(zhàn)的戶外應(yīng)用中的普及。但是，要實現(xiàn)這些優(yōu)勢，就需要采取特殊措施來保護(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，測試執(zhí)行器承受這些威脅的能力的過程以及提供此功能的設(shè)計特征。

在需要提升，降低，推動，拉動，旋轉(zhuǎn)或定位負(fù)載的室外應(yīng)用中，機(jī)電線性致動器可以提供出色的替代，以替代氣動和液壓致動器。電動推桿廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，建筑，娛樂，海洋，工業(yè)甚至住宅自動化領(lǐng)域。在各個操作點上，這些系統(tǒng)可能會受到固體，液體，極端溫度，沖擊，振動，腐蝕，電瞬變和電磁干擾的攻擊。圍繞每種類型的威脅，越來越多的標(biāo)準(zhǔn)測試方法應(yīng)運而生，設(shè)計人員正在構(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電動推桿專為要求在固態(tài)，液體，極端溫度，沖擊，振動，腐蝕和電磁干擾方面具有最大可用抵抗力的移動非公路車輛應(yīng)用而設(shè)計。

防止固體和液體進(jìn)入

對于電動執(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)是國際保護(hù)標(biāo)記或IP代碼。IP評級系統(tǒng)的開發(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等級系統(tǒng)來確定特定應(yīng)用中生存所必需的環(huán)境保護(hù)程度。

IP等級由兩個數(shù)字組成（表1）。第一個數(shù)字表示對固體的抵抗力，第二個數(shù)字表示對液體的抵抗力。例如，IP等級為00表示沒有保護(hù)措施以防固體或液體。IP等級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66意味著可以防止塵粒大小的顆粒滲透，并且可以防止來自任何方向的高壓水射流進(jìn)入。

表1：外殼的防護(hù)等級（國際電工委員會[IEC] 60529）。

對于多塵應(yīng)用，IP54是要考慮的最低等級。對于灰塵較多的應(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等級的設(shè)備也可以處理一些濕氣，但是如果預(yù)計在大雨中運行，則IP66等級更合適。如果執(zhí)行器可能浸入水中，則IP67等級將更好。如果執(zhí)行器必須承受高壓，高溫沖洗過程，則IP69K最合適。例如，在越來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)的要求變得越來越重要。

要測試系統(tǒng)的防水性，專家將參考已發(fā)布的有關(guān)每個額定值的水的體積，壓力，溫度和距離的測試規(guī)范，并在遵循該規(guī)范的所有三個平面上淹沒執(zhí)行器。為了測試耐高壓沖洗的能力，他們可能會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)行器處于動態(tài)運行或運動狀態(tài)時，通過觀察IP測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，由于延長管在運動，內(nèi)部壓力可能會發(fā)生變化，從而使其像注射器一樣起作用，將雨水吸入。這可能會損壞電子設(shè)備并損壞設(shè)備。此漏洞不會在靜態(tài)測試中顯示，但會在動態(tài)測試中顯示。

達(dá)到更高的IP等級主要是密封策略的功能。每個部件都應(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等級所不可或缺的。在操作過程中，刮水器清除了延長管上的污染物，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電動推桿的IP69K等級部分來自電纜連接器中的密封件和墊圈。

圖3：加長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，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。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行，而且還可以為系統(tǒng)設(shè)計人員提供安裝靈活性，例如在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)或附近。

EN60068-2-1和EN60068-2-2是應(yīng)用最廣泛的溫度測試標(biāo)準(zhǔn)之一。歐洲標(biāo)準(zhǔn) （EN）正在由三個歐洲標(biāo)準(zhǔn) 組織之一CEN，CENELEC或ETSI  批準(zhǔn)  。要通過低溫操作測試，設(shè)備必須在-40 °F（-40 ° C）的溫度下均熱，并在額定負(fù)載下運行96小時。同樣，要通過高溫操作測試，設(shè)備必須在額定負(fù)載下運行72小時，同時在185 ° F（85°C）。一些制造商可能會根據(jù)市場需求選擇超過測試的小時數(shù)。例如，湯姆森（Thomson）測試的時間是96小時而不是72小時，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所并被冷水潑濺時可能發(fā)生的急劇的溫度變化之后通過此類測試。其他條件可能包括在滿負(fù)載和占空比下運行，并用冷水沖洗。另一個極端的例子是將致動器安裝在寒冷氣候下使用的建筑設(shè)備上，并在一天結(jié)束時用高溫水進(jìn)行壓力清洗，尤其是如果不使用致動器并將其冷浸的話。

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，在電動機(jī)內(nèi)部設(shè)有熱斷路器來提供過熱保護(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)可防止電動機(jī)和電路板過熱，并允許執(zhí)行器在關(guān)閉前完成行程。如果發(fā)生過熱，電動機(jī)上的傳統(tǒng)斷路器會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，而不會造成誤跳閘.

保護(hù)免受操作沖擊

最新的沖擊測試曲線涵蓋了外殼，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測試標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，操作沖擊測試涉及100次操作，每個操作400 m /s2，持續(xù)時間為6 ms，該沖擊脈沖應(yīng)在三個相互垂直的軸中的每一個上重復(fù)進(jìn)行。

EN60068-2-32定義了跌落沖擊測試。它詳細(xì)說明了將設(shè)備從1000mm平臺在每個軸的兩個方向上掉落到鋼或混凝土地板上的過程，并重復(fù)該過程至少六次。

防止隨機(jī)振動

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)振動中有效地發(fā)揮作用。運行通常針對OEM的測試協(xié)議，以確保電動推桿夠承受具有挑戰(zhàn)性的振動曲線。

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

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機(jī)械方式固定在板上，并在高沖擊或振動環(huán)境下進(jìn)行了緩沖。在高振動或沖擊情況下，這些組件通常會在沒有附加支撐的情況下發(fā)生故障。

防腐蝕

在與運輸或其他海上作業(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源。ASTM B117-11為鹽水，它說，測試標(biāo)準(zhǔn)一個設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠承受一定數(shù)量的鹽霧的小時，并在沒有入口的鹽霧試驗結(jié)束運作。測試設(shè)備的制造商應(yīng)根據(jù)其特定的市場需求確定測試的持續(xù)時間。例如，湯姆森（Thomson）將其線性電動執(zhí)行器測試到500小時。

其他常見的腐蝕源包括碳?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)計要求和指南。它提供了針對特定環(huán)境條件的測試協(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)重性級別。

耐化學(xué)性測試要求能夠承受三天的運行時間，該操作要在被測組件的制造商根據(jù)其特定的市場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)場和建筑設(shè)備上常用的電動執(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，接線時間長，接線連接腐蝕和接地不良可能導(dǎo)致電壓變化。最新的電動線性執(zhí)行器，例如Thomson Electrak HD電動推桿，經(jīng)過嚴(yán)格測試，可承受其設(shè)計所能承受的電壓水平以及電壓尖峰，極性反轉(zhuǎn)和短路。

為了確保電動推桿能夠接受其最小和最大工作電壓水平而不會造成損壞，進(jìn)行測試需要證明其可以在指定的時間內(nèi)承受規(guī)定的電壓量。例如，一個12V DC執(zhí)行器應(yīng)能夠在9V DC和16V DC之間運行五分鐘。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行的測試。設(shè)備還必須在這些值之間無限期工作（表3）。

表3：可接受的工作電壓范圍。

為確保電動推桿可以處理意外的工作電壓尖峰而不會造成損壞，應(yīng)測試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)測試24V DC執(zhí)行器以處理36V DC 5分鐘（表4）。

表4：可接受的過電壓操作。

為了確保電動推桿能夠承受極性反轉(zhuǎn)的影響，一個12V直流電動推桿應(yīng)能夠承受負(fù)26V直流電壓持續(xù)5分鐘，而在24V直流時，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）可能會導(dǎo)致室外操作中的損壞。ASAE EP455測試標(biāo)準(zhǔn)涵蓋短路測試，而ISO 10605提供ESD測試程序。 

防止電磁干擾和瞬變浪涌

印刷電路板會受到來自各種來源的電磁干擾（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試指南。它們提供了以下測試協(xié)議：

• 傳導(dǎo)輻射 -ISO 13766（EMI / EMC測試）

• 輻射 -ISO 13766（EMI / EMC測試）

• 電磁抗擾性 -ISO 13766（EMI / EMC測試）

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

• 啟動 -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)測試 -ISO 7637-2（電瞬態(tài)）

• 正負(fù)耦合測試 -ISO 7637-2（電瞬態(tài)）

信心十足

盡管沒有任何測試協(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)測試協(xié)議共同制定的。對這些標(biāo)準(zhǔn)的遵守程度越高，則對機(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

• 不銹鋼延長管

• 堅固的鋅外殼，帶電子涂層

• 硬質(zhì)陽極氧化鋁蓋管

• 防振電子設(shè)備，例如印刷電路板和電位計

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