運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員越來越需要更長的壽命和更高的組件耐久性，尤其是那些能夠安全，靈活地連接電源的執(zhí)行器。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在可以使用新的電動(dòng)推桿系列來滿足這一需求。

電動(dòng)推桿在電動(dòng)車輛中的作用

電動(dòng)推桿使電車，公共汽車和火車能夠間歇地與電源連接和斷開。在大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用中，這種頻繁的連接和斷開連接不是必需的，因?yàn)樗鼈円蕾囉谝粋€(gè)電源，它們每天早上連接一次并保持連接直到一天結(jié)束。另一方面，混合動(dòng)力汽車將電池電力用于超出城市范圍的路線，但在行駛路線時(shí)會(huì)多次切換回更清潔，更經(jīng)濟(jì)的架空電源。隨著電車，公共汽車和火車的數(shù)量增加，這種為電池充電的方法將變得越來越重要。

電動(dòng)推桿通過控制彈簧受電弓來管理高架開關(guān)，受電弓位于車輛頂部，并向上抬高以與高架電力線連接。（圖1）彈簧升起集電弓以與架空電源線連接并保持接觸，當(dāng)切換到電池電源時(shí)，執(zhí)行器將集電弓從電源上拉開。在其他設(shè)計(jì)中，致動(dòng)器可以預(yù)加載使受電弓升高到架空電力線的彈簧。隨著公共交通使用量的增加，更有效的間歇切換減少了在城市范圍內(nèi)增加美學(xué)上具有挑戰(zhàn)性和潛在危險(xiǎn)的架空布線的需求。

圖1：受電弓，門，升降機(jī)，平臺(tái)和重力垃圾箱只是用于ThomsonElectrak?LL的部分應(yīng)用。

一些設(shè)計(jì)使用氣動(dòng)執(zhí)行器來管理縮放儀的連通性，但是相關(guān)的空氣壓縮會(huì)釋放出水分，這些水分會(huì)導(dǎo)致堵塞，并在低溫下結(jié)冰。氣動(dòng)解決方案還需要更多的組件，包括泵，管道和壓縮空氣系統(tǒng)。乘客數(shù)量的增加使此類問題更加復(fù)雜，隨著交通流量的增加，氣動(dòng)解決方案的吸引力也越來越小。

電動(dòng)推桿還引導(dǎo)切換到充電站，幫助混合動(dòng)力公交車獲得白天所需的動(dòng)力。對(duì)于從第三條軌道獲得動(dòng)力的火車，電動(dòng)推桿控制接觸點(diǎn)從火車到電動(dòng)軌道的延伸。

在現(xiàn)有應(yīng)用可能要求使用壽命為20,000至30,000個(gè)周期的電動(dòng)推桿情況下，由于乘員量增加而導(dǎo)致的每日周期增加，預(yù)計(jì)將要求壽命在500,000至1,000,000個(gè)周期范圍內(nèi)的電動(dòng)推桿。

崛起的場合

要承受如此高的循環(huán)次數(shù)，就需要更改滾珠絲杠套件，電機(jī)設(shè)計(jì)，制動(dòng)策略和耐環(huán)境性。

升級(jí)的滾珠絲杠套件

執(zhí)行器滾珠絲杠套件包括滾珠絲杠，螺母和軸承。要達(dá)到一百萬個(gè)生命周期，就需要對(duì)套件進(jìn)行修改。例如，湯姆森工業(yè)公司（Thomson Industries，Inc.）通過進(jìn)行三項(xiàng)主要設(shè)計(jì)更改，已將循環(huán)能力提高了十倍以上。第一個(gè)變化是利用更大直徑的滾珠絲杠，以增強(qiáng)系統(tǒng)的核心。第二個(gè)變化是在螺母上實(shí)現(xiàn)多頭滾珠返回，這使形成螺母和螺釘之間連接的滾珠數(shù)量增加了一倍，并在滾珠上更廣泛地分配了載荷。而且，現(xiàn)在將角向軸承部署到螺釘上可以提供更大的穩(wěn)定性并降低組件應(yīng)力。

使用傳統(tǒng)的基于接觸電刷的直流電動(dòng)機(jī)。但是，刷子最終會(huì)磨損-對(duì)于運(yùn)輸設(shè)計(jì)人員所計(jì)劃的廣泛使用而言，為時(shí)過早。用電磁場替換電刷是更好的選擇。沒有接觸電刷的摩擦，電動(dòng)機(jī)幾乎可以永久使用。當(dāng)然，軸承或電動(dòng)機(jī)其他零件會(huì)有些磨損，但系統(tǒng)的使用壽命不再取決于電刷壽命。

圖2湯姆森（Thomson）的長壽命，堅(jiān)固耐用的Electrak LL電動(dòng)推桿設(shè)計(jì)用于處理多達(dá)一百萬次循環(huán)。

電磁制動(dòng)

使用無刷電機(jī)還可以通過啟用電磁控制來延長使用壽命。在受電弓中，執(zhí)行器靠彈簧工作。在一個(gè)方向上，它是相反的力。在另一個(gè)方向上，它是一種輔助力量。相對(duì)的彈簧可在一個(gè)方向上提供穩(wěn)定且受控的速度。另一方面，輔助彈簧可以使必須控制的空轉(zhuǎn)操作更多。通常，當(dāng)彈簧輔助時(shí)，通過摩擦制動(dòng)器控制速度。但是隨著使用時(shí)間的延長，摩擦制動(dòng)器會(huì)磨損并限制執(zhí)行器的使用壽命。更好的制動(dòng)方法是使用無刷電機(jī)控制速度，并在執(zhí)行器停止后使用機(jī)電制動(dòng)器將負(fù)載保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

在公共交通應(yīng)用中使用的提高的耐環(huán)境致動(dòng)器已經(jīng)受到政府健康和安全法規(guī)的約束，并且擴(kuò)大使用范圍將需要最大的遵守。如果不那么頻繁運(yùn)行的車輛可能能夠使用較低的入口防護(hù)等級(jí)，例如當(dāng)前解決方案中的IP65，則以每小時(shí)60英里以上的速度行駛的火車的擴(kuò)大運(yùn)行將導(dǎo)致更大的環(huán)境壓力，并且可能需要更高的防護(hù)等級(jí)。這些因素驅(qū)使執(zhí)行器供應(yīng)商確保其材料和密封策略在車輛自身可以使用的20或30年內(nèi)得到保護(hù)。以下是高容量運(yùn)輸應(yīng)用程序具有最大環(huán)境耐受性所需的一些環(huán)境特征：

• IP69K（靜態(tài)）和IP66（動(dòng)態(tài)）等級(jí)：

• IP-X6（動(dòng)態(tài)）在+ 10°C（+ 50°F）和均衡的執(zhí)行器溫度+ 85°C（+ 185°F）的灑水過程中

• 至少500小時(shí)的耐鹽霧性

• 在-40至+ 85°C（-40至+ 185°F）的寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)行

• 符合IEC 60068-2-5的300小時(shí)耐太陽輻射（UV）

此外，鐵路行業(yè)還發(fā)布了用于關(guān)鍵操作的組件和設(shè)備的國際安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（EN 50155，EN 60077和EN 45545）。

35％占空比

一起使用時(shí)，增強(qiáng)的滾珠絲杠套件，無刷電機(jī)，電磁制動(dòng)和環(huán)保性能可以大大提高占空比。例如，圖2中所示的Thomson Electrak LL電動(dòng)推桿提供了高達(dá)35％t的占空比，而在相同的工作溫度和負(fù)載下，其他電動(dòng)線性執(zhí)行器的占空比為20％。高占空比可以在給定的時(shí)間范圍內(nèi)完成更多工作，而不必訴諸強(qiáng)制冷卻或使用比負(fù)載所需強(qiáng)度更大的執(zhí)行器，以避免過熱。

即將發(fā)生什么？

在當(dāng)今的運(yùn)輸應(yīng)用中，電動(dòng)推桿主要提供開關(guān)功能，并將繼續(xù)提供開關(guān)功能。但是，切換需要一些車載電子設(shè)備，這些電子設(shè)備使電動(dòng)推桿能夠相互通信，并與其他設(shè)備通信，從而為操作員提供諸如縮放儀位置反饋的信息。

盡管用于充電站的電動(dòng)推桿是必須升級(jí)的首批組件之一，以適應(yīng)不斷增長的乘員率和擴(kuò)展的電氣化，但其他合適的電動(dòng)能推桿很快就會(huì)問世，包括車門操作，臺(tái)階調(diào)平，軌道車連接以及間隙控制，以確保乘客的安全和便利訪問。到目前為止，這些應(yīng)用主要由氣動(dòng)或液壓執(zhí)行器管理，但是隨著周期的增加以及對(duì)更高效，更堅(jiān)固組件的需求，工程師應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮更合適的電動(dòng)推桿。