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 威格士Vickers氣缸引導(dǎo)活塞在缸內(nèi)進(jìn)行直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件?？諝庠诎l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中通過(guò)膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；氣體在壓縮機(jī)氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。

       渦輪機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等的殼體通常也稱(chēng)“氣缸”。氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域：印刷（張力控制）、半導(dǎo)體（點(diǎn)焊機(jī)、芯片研磨）、自動(dòng)化控制、機(jī)器人等等。

      內(nèi)燃機(jī)缸體上安放活塞的空腔。是活塞運(yùn)動(dòng)的軌道，燃?xì)庠谄渲腥紵芭蛎?，通過(guò)氣缸壁還能散去一部分燃?xì)鈧鹘o的爆發(fā)余熱，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常的工作溫度。氣缸的型式有整體式和單鑄式。單鑄式又分為干式和濕式兩種。氣缸和缸體鑄成一個(gè)整體時(shí)稱(chēng)整體式氣缸;氣缸和缸體分別鑄造時(shí)，單鑄的氣缸筒稱(chēng)為氣缸套。氣缸套與冷卻水直接接觸的稱(chēng)作濕式氣缸套;不與冷卻水直接接觸的稱(chēng)作干式氣缸套。為了保持氣缸與活塞接觸的嚴(yán)密性，減少活塞在其中運(yùn)動(dòng)的摩擦損失，氣缸內(nèi)壁應(yīng)有較高的加工精度和精確的形狀尺寸。

氣缸種類(lèi)

       氣壓傳動(dòng)中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的和做往復(fù)擺動(dòng)兩種類(lèi)型。做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸4種。①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個(gè)或兩個(gè)方向輸出力。③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個(gè)方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速（10～20米/秒）運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，借以做功。⑤無(wú)桿氣缸：沒(méi)有活塞桿的氣缸的總稱(chēng)。有磁性氣缸，纜索氣缸兩大類(lèi)。

       做往復(fù)擺動(dòng)的氣缸稱(chēng)擺動(dòng)氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進(jìn)氣缸等。

 威格士Vickers氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的區(qū)別
      從傳統(tǒng)觀(guān)念來(lái)看，氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器一直被認(rèn)為是屬于兩個(gè)*不同領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)品，但是近年來(lái)，隨著電氣化程度的不斷提高，電動(dòng)執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動(dòng)領(lǐng)域，二者在應(yīng)用中既有競(jìng)爭(zhēng)又相互補(bǔ)充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購(gòu)買(mǎi)和應(yīng)用成本、能源效率、應(yīng)用場(chǎng)合及市場(chǎng)形勢(shì)等幾個(gè)方面來(lái)對(duì)比氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢(shì)

氣缸技術(shù)性能
      *，相比電動(dòng)執(zhí)行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡(jiǎn)單，基本可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。氣缸擅長(zhǎng)作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中多的傳送要求——工件的直線(xiàn)搬運(yùn)。而且，僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大的特征和優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于沒(méi)有多點(diǎn)定位要求的用戶(hù)，絕大多數(shù)從使用便利性角度更傾向于使用氣缸。目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用大部分都是要求高精度多點(diǎn)定位，這是由于用氣缸難以實(shí)現(xiàn)，退而求其次的結(jié)果。

       而電動(dòng)執(zhí)行器主要用于旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)工況。其優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)時(shí)間快，通過(guò)反饋系統(tǒng)對(duì)速度、位置及力矩進(jìn)行精確控制。但當(dāng)需要完成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)齒形帶或絲桿等機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)轉(zhuǎn)化，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，而且對(duì)工作環(huán)境及操作維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)都有較高要求。

氣缸優(yōu)勢(shì)
      （1）對(duì)使用者的要求較低。氣缸的原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝維護(hù)，對(duì)于使用者的要求不高。電缸則不同，工程人員必需具備一定的電氣知識(shí)，否則極有可能因?yàn)檎`操作而使之損壞。（2）輸出力大。氣缸的輸出力與缸徑的平方成正比；而電缸的輸出力與三個(gè)因素有關(guān)，缸徑、電機(jī)的功率和絲桿的螺距，缸徑及功率越大、螺距越小則輸出力越大。一個(gè)缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達(dá)2000N，對(duì)于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產(chǎn)品各有差異，但是基本上都不超過(guò)1000N。顯而易見(jiàn)，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢(shì)。（3）適應(yīng)性強(qiáng)。氣缸能夠在高溫和低溫環(huán)境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。而電缸由于具有大量電氣部件的緣故，對(duì)環(huán)境的要求較高，適應(yīng)性較差。

威格士Vickers氣缸的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
（1）系統(tǒng)構(gòu)成非常簡(jiǎn)單。由于電機(jī)通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個(gè)系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡(jiǎn)單而緊湊。（2）停止的位置數(shù)多且控制精度高。一般電缸有低端與之分，低端產(chǎn)品的停止位置有3、5、16、64個(gè)等，根據(jù)公司不同而有所變化；產(chǎn)品則更是可以達(dá)到幾百甚至上千個(gè)位置。在精度方面，電缸也具有的優(yōu)勢(shì)，定位精度可達(dá)¡0.05mm，所以常常應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體等精密的行業(yè)。（3）柔韌性強(qiáng)。毫無(wú)疑問(wèn)，電缸的柔韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于氣缸。由于控制器可以與PLC直接進(jìn)行連接，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、定位和正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，在一定程度上，電缸可以根據(jù)需要隨意進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；由于氣體的可壓縮性和運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性，即使換向閥與磁性開(kāi)關(guān)之間配合地再好也不能做到氣缸的準(zhǔn)確定位，柔韌性也就無(wú)從談起了。

在技術(shù)性能方面，本人認(rèn)為電動(dòng)和氣動(dòng)各有所長(zhǎng)，首先電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢(shì)主要包括：
（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，一個(gè)基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開(kāi)關(guān)、熔斷器和一些電線(xiàn)，易于裝配。（2）電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)源很靈活，一般車(chē)載電源即可滿(mǎn)足需要，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要?dú)庠春蛪嚎s驅(qū)動(dòng)裝置。（3）電動(dòng)執(zhí)行器沒(méi)有“漏氣”的危險(xiǎn)，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。（4）不需要對(duì)各種氣動(dòng)管線(xiàn)進(jìn)行安裝和維護(hù)。（5）可以無(wú)需動(dòng)力即保持負(fù)載，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要持續(xù)不斷的壓力供給。（6）由于不需要額外的壓力裝置，電動(dòng)執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動(dòng)執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。（7）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*。（8）氣動(dòng)裝置中的通常需要把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳遞速度較慢，不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。

而氣缸的優(yōu)勢(shì)則在于以下4個(gè)方面：
（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用（不過(guò)，現(xiàn)在的電動(dòng)執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達(dá)到目前的氣動(dòng)負(fù)載水平了）。（2）動(dòng)作迅速、反應(yīng)快。（3）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射和振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制更*。（4）行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。

購(gòu)買(mǎi)和應(yīng)用成本比較
從總體上來(lái)講，電伺服驅(qū)動(dòng)比氣動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)要貴，但也要因具體要求及場(chǎng)合而定。有些小功率的直流電機(jī)構(gòu)成電動(dòng)滑臺(tái)(電伺服系統(tǒng))實(shí)際上比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)要便宜。
如：當(dāng)負(fù)載為1.5kg、工作行程為80mm、速度在2~170mm/s之間、精度為¡0.1mm、加速度2.5m/s2等工況條件時(shí)，F(xiàn)ESTO公司采用小型電動(dòng)滑臺(tái)、控制器、馬達(dá)電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統(tǒng)，其價(jià)格就比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對(duì)于帶活塞桿電缸也是如此。需要說(shuō)明的是如果采用交流電機(jī)的話(huà)，所組成的電伺服系統(tǒng)的價(jià)格要比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)高出40%左右。
從購(gòu)買(mǎi)和應(yīng)用成本來(lái)看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，每個(gè)氣缸只需配置一個(gè)電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，成本也低。

而對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，雖然電能的獲得比較簡(jiǎn)單，能量成本較低，但購(gòu)買(mǎi)及應(yīng)用成本較高，不僅需要配置電機(jī)，還需要一套機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件。同時(shí)使用電動(dòng)執(zhí)行器需要很多保護(hù)措施，錯(cuò)誤的電路連接、電壓的波動(dòng)及負(fù)載的超載都會(huì)對(duì)電驅(qū)動(dòng)器造成損壞，因此需要在電路及機(jī)械上加裝保護(hù)系統(tǒng)，增加了很多額外的費(fèi)用支出。另外，由于電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)單元的參數(shù)化設(shè)置較多，且集成度高，所以其一旦發(fā)生故障，就要更換整個(gè)元件。而且當(dāng)系統(tǒng)需要的驅(qū)動(dòng)力增加時(shí)，也要成套更換元件才能實(shí)現(xiàn)。因此綜合比較可以看出氣缸在購(gòu)買(mǎi)及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢(shì)。

能源效率比較
我們研究的結(jié)果表明，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較短（小于1min）的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行能耗通常低于氣缸的運(yùn)行能耗，即更節(jié)能。而在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較長(zhǎng)（大于1min）時(shí)，氣缸竟然變得更節(jié)能。這首先是由于終端停止時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器的控制器通常需要消耗約10W的電力，而氣缸僅有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低于1W，即終端停止時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)氣缸越有利；其次電機(jī)在連續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下的額定效率可達(dá)90%以上，但在直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)（絲杠轉(zhuǎn)換）中的臺(tái)形加減速旋轉(zhuǎn)條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，夾持工件的保持動(dòng)作要求不斷供給電流給電動(dòng)執(zhí)行器以克服重力，而氣缸只需關(guān)閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢(shì)不是很大。
由上可見(jiàn)，電機(jī)本身效率很高，但在往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動(dòng)執(zhí)行器未必一定比氣缸節(jié)能，具體比較取決于實(shí)際的工作條件，即安裝方向、往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期和負(fù)載率等。

應(yīng)用場(chǎng)合比較
氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個(gè)要求不同的問(wèn)題。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，當(dāng)面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件時(shí)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器就顯得較適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且非常堅(jiān)固耐用。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器容易安裝，能提供典型的抓取功能，價(jià)格便宜且操作方便。
在作用力快速增大且需要精確定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于要求精確、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場(chǎng)合，電驅(qū)動(dòng)器是合適的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達(dá)所組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠補(bǔ)充氣動(dòng)系統(tǒng)的不足之處。

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