德國費(fèi)斯托FESTO氣缸工作行程分析

FESTO公司采用小型電動滑臺、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)格就比氣動伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對于帶活塞桿電缸也是如此。需要說明的是如果采用交流電機(jī)的話，所組成的電伺服系統(tǒng)的價(jià)格要比氣動伺服系統(tǒng)高出40%左右。從購買和應(yīng)用成本來看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢的。對于氣動系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡單，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)動控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護(hù)簡單方便，成本也低。

而對于電動執(zhí)行器來說，雖然電能的獲得比較簡單，能量成本較低，但購買及應(yīng)用成本較高，不僅需要配置電機(jī)，還需要一套機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動元件。同時(shí)使用電動執(zhí)行器需要很多保護(hù)措施，錯(cuò)誤的電路連接、電壓的波動及負(fù)載的超載都會對電驅(qū)動器造成損壞，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，由于電動執(zhí)行器驅(qū)動單元的參數(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買及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢。

我們研究的結(jié)果表明，在往復(fù)運(yùn)動周期較短(小于1min)的水平往復(fù)運(yùn)動中，電動執(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)動周期較長(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，對氣缸越有利;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，但在直線往復(fù)運(yùn)動(絲杠轉(zhuǎn)換)中的臺形加減速旋轉(zhuǎn)條件下的平均效率卻不到50%。

德國費(fèi)斯托FESTO氣缸工作行程分析

在豎直往復(fù)運(yùn)動時(shí)，夾持工件的保持動作要求不斷供給電流給電動執(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)動時(shí)電動執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大。由上可見，電機(jī)本身效率很高，但在往復(fù)直線運(yùn)動中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動執(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)動周期和負(fù)載率等。

氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個(gè)要求不同的問題。氣動驅(qū)動器的優(yōu)勢顯而易見，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)，氣動驅(qū)動器就顯得較適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且非常堅(jiān)固耐用。氣動驅(qū)動器容易安裝，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定位的情況下，帶伺服馬達(dá)的電驅(qū)動器具有優(yōu)勢。對于要求、同步運(yùn)轉(zhuǎn)、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應(yīng)用場合，電驅(qū)動器是的選擇，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)動系統(tǒng)能夠補(bǔ)充氣動系統(tǒng)的不足之處。

從技術(shù)和使用成本的角度來說，氣缸占有較明顯的優(yōu)勢，但在實(shí)際使用中究竟應(yīng)該選用哪種技術(shù)做驅(qū)動控制，還是應(yīng)從多方因素進(jìn)行綜合考量。現(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來越復(fù)雜、越來越精細(xì)，并不是某種驅(qū)動控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。氣缸可以簡單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)便捷，同時(shí)可以在各種惡劣工作環(huán)境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。

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