浅谈伺服电动缸在冶金行业的应用

朱松涛

宝钢集团新疆八钢公司轧钢厂

前言

经过 10 年的高速发展，冶金行业的发展方向已由过去的大规模、高投资、高能耗为主要特点转变为低碳、绿色环保、高附加值为主要特征，从而，也对冶金装备技术提出了更新的课题：低能耗、低维护成本、高精度控制、更加紧密的机电液控制模式。作为传统冶金装备技术中的液压传动技术，近年来也取得了飞速的发展，其中以低惯量、高响应为主要特征的电动伺服缸控制技术已开始在冶金行业中推广和应用。

电动缸是将电机的旋转运动通过丝杠和丝杠副的机械运动转换为推杆的直线运动。电动伺服缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制； 实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。

特点

伺服电动缸特点：闭环伺服控制，控制精度达到 0.01mm；精密控制推力，增加压力传感器，控制精度可达 1%；很容易与 PLC 等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单。伺服电动缸可以在恶劣环境下无故障，防护等级可以达到 IP66。长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。

低成本维护：伺服电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。

液压缸和气缸的最佳替代品：伺服电动缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与 PLC 等控制系统连接，实现高精密运动控制。

配置灵活性：可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件：安装前法兰，后法兰，侧面法兰，尾部铰接，耳轴安装，导向模块等；可以与伺服电机直线安装，或者平行安装；可以增加各式附件：限位开关，行星减速机，预紧螺母等；驱动可以选择交流电机，直流电机，步进电机，伺服电机。

目前电动缸的最大出力可达 30 吨,最大速度可达 2000mm/s，响应时间少于10ms

电动伺服缸能更灵活和方便的实现机电液集成控制，实现模块化、软件化设计，对核心装备的知识产权保护更为有利。

电动伺服缸传动与液压传动的对比分析表

代表性产品

海通公司 ELA80X 系列

该公司开发的 ELA80X 系列伺服电动缸产品具有结构紧凑、低惯量、高响应等特点，并取得了国家认可的实用新型专利，在同类产品居领先水平。ELA80X 系列伺服电动缸共分为五个系列，最大出力可达 350kN，最高速度可达 2000mm/s。在以 ELA80X 系列伺服电动缸为核心部件的基础上，该公司成功开发了 HT-6DOF 电动六自由度模拟仿真运动平台，共分五个系列，载品最大质量可达 11000kg。

lim-tec 公司 DG 系列重型电动缸

专门针对高负载恶劣应用场合，最大推力可至 30 吨，配置高效率重载滚珠丝杠，高频繁工作制的动力传输，以及制动器，限位开关，推力过载限制器的完美组合，大量应用在港口，钢铁，矿山等机械上。

推力负载限制器的作用在双向负载超负荷时，有效吸收部分负载，同时通过控制系统停止运行。在断电的情况下，通过制动器有效保持负载。可配备手动释放，内置凸轮限位开关，外置机械限位开关，电位计，防尘罩等。连续半小时工作制。环境温度：-15℃ - 50℃ 。防护等级：IP44，IP55。

天津维杰泰克WEC 系列电动缸

� 铝合金外壳：60X60、90X90、120X120、160X160

不锈钢或电镀推杆

丝杠：滚动丝杠或滑动丝杠

导向：防旋转导轮

推力轴承

防尘密封

限位/回零传感器：磁性霍尔

可选电机：

直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机、普通交/直流电机、减速电机等

最大推力5000 公斤

� 运动行程50-2500mm

最高速度1500mm/s

单向重复定位精度±0.02mm；可选高精度

在冶金行业的应用

电动伺服缸技术目前已广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。要在冶金行业广泛的应用，还应充分的将伺服电动缸的特点与冶金各流程中的不同工况相结合：

炼铁领域：

传统的液压传动分布于炉顶、炉前、热风炉等位置，传动功率较小且控制单元分散，尤其以阀门开度控制为代表的控制系统，非常适合伺服电动缸的应用。

炼钢领域：

工艺流程较多，传动功率较小且控制单元分散，适合伺服电动缸的应用。 连铸、轧钢领域：

在连铸、热轧、冷轧、中厚板轧机及线棒材轧机系统中，液压传动是冶金行业中应用最广泛的领域，这些工艺流程中，以重载、高精度高响应控制、控制单元多为代表，往往一个动力源同时控制几十个甚至上百个动力机构，是典型的高功率密度传动系统。在这些领域，电动伺服缸功率密度小的特点，不适合大规模的替代液压应用。但是，在局部的技改项目中，可充分发挥电动伺服缸在机电集成控制上的优势，也能取得很好的性价比。

电动伺服缸要在冶金行业广泛的应用，还应做好几方面的准备性研究：

首先，加强电动伺服缸自身特性，尤其是影响动静态指标的参数化研究，包括空载下伺服电动缸自身的位置控制精度、力控制精度、启动特性、运动滞环、响应速度等等。参数化研究将更有利于冶金装备的参数化分解。

其次，加强冶金装备的工艺及控制策略研究，绘制合理的力－速度的功率曲线，从功率密度的角度和性价比上选择合适的电动伺服缸。

参考文献

1、路甬祥：液压气动技术手册，机械工业出版社，2002

2、胡海清 陈庆胜：液压气动控制技术，北京理工大学出版社，2009

3、孟庆明：自动控制原理，高等教育出版社，2003

4、许文灿 ：电动缸与气缸，液压气动与密封，2006年02期

朱松涛 ， 男，本科，冶金机械工程师，从事冶金轧钢设备管理，zhust@bygt.com.cn