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從傳統觀(guān)念來(lái)看，英國諾冠NORGREN氣缸與電動(dòng)執行器一直被認為是屬于兩個(gè)*不同領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)品，但是近年來(lái)，隨著(zhù)電氣化程度的不斷提高，電動(dòng)執行器卻慢慢浸入氣動(dòng)領(lǐng)域，二者在應用中既有競爭又相互補充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購買(mǎi)和應用成本、能源效率、應用場(chǎng)合及市場(chǎng)形勢等幾個(gè)方面來(lái)對比氣缸與電動(dòng)執行器各自的優(yōu)勢
英國諾冠NORGREN氣缸的技術(shù)性能：
*，相比電動(dòng)執行器，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)現免維護。氣缸擅長(cháng)作往復直線(xiàn)運動(dòng)，尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中zui多的傳送要求——工件的直線(xiàn)搬運。而且，僅僅調節安裝在氣缸兩側的單向節流閥就可簡(jiǎn)單地實(shí)現穩定的速度控制，也成為氣缸驅動(dòng)系統zui大的特征和優(yōu)勢。所以對于沒(méi)有多點(diǎn)定位要求的用戶(hù)，絕大多數從使用便利性角度更傾向于使用氣缸。目前工業(yè)現場(chǎng)使用電動(dòng)執行器的應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，退而求其次的結果。
而電動(dòng)執行器主要用于旋轉與擺動(dòng)工況。其優(yōu)勢在于響應時(shí)間快，通過(guò)反饋系統對速度、位置及力矩進(jìn)行控制。但當需要完成直線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)齒形帶或絲桿等機械裝置進(jìn)行傳動(dòng)轉化，因此結構相對較為復雜，而且對工作環(huán)境及操作維護人員的專(zhuān)業(yè)知識都有較高要求。
英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢：
（1）對使用者的要求較低。氣缸的原理及結構簡(jiǎn)單，易于安裝維護，對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，否則極有可能因為誤操作而使之損壞。
（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2000N，對于同樣缸徑的電缸，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。
（3）適應性強。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，對環(huán)境的要求較高，適應性較差。
英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢主要體現在以下3個(gè)方面：
（1）系統構成非常簡(jiǎn)單。由于電機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)系統就是由這三部分組成的，簡(jiǎn)單而緊湊。
（2）停止的位置數多且控制精度高。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，根據公司不同而有所變化；產(chǎn)品則更是可以達到幾百甚至上千個(gè)位置。在精度方面，電缸也具有的優(yōu)勢，定位精度可達?0.05mm，所以常常應用于電子、半導體等精密的行業(yè)。
（3）柔韌性強。毫無(wú)疑問(wèn)，電缸的柔韌性遠遠強于氣缸。由于控制器可以與PLC直接進(jìn)行連接，對電機的轉速、定位和正反轉都能夠實(shí)現控制，在一定程度上，電缸可以根據需要隨意進(jìn)行運動(dòng)；由于氣體的可壓縮性和運動(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確定位，柔韌性也就無(wú)從談起了。
在技術(shù)性能方面，英國諾冠NORGREN氣缸電動(dòng)和氣動(dòng)各有所長(cháng)，首先電動(dòng)執行器的優(yōu)勢主要包括：
（1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執行器，電動(dòng)執行器結構相對簡(jiǎn)單，一個(gè)基本的電子系統包括執行器，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)執行器的驅動(dòng)源很靈活，一般車(chē)載電源即可滿(mǎn)足需要，而氣動(dòng)執行器需要氣源和壓縮驅動(dòng)裝置。
（3）電動(dòng)執行器沒(méi)有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執行器的穩定性稍差。
（4）不需要對各種氣動(dòng)管線(xiàn)進(jìn)行安裝和維護。
（5）可以無(wú)需動(dòng)力即保持負載，而氣動(dòng)執行器需要持續不斷的壓力供給。
（6）由于不需要額外的壓力裝置，電動(dòng)執行器更加安靜。通常，如果氣動(dòng)執行器在大負載的情況下，要加裝消音器。
（7）電動(dòng)執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轉化為氣信號，然后再轉化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數過(guò)多的復雜回路。
而氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個(gè)方面：
（1）負載大，可以適應高力矩輸出的應用（不過(guò)，現在的電動(dòng)執行器已經(jīng)逐漸達到目前的氣動(dòng)負載水平了）。
（2）動(dòng)作迅速、反應快。
（3）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、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)電機容易受損。
購買(mǎi)和應用成本比較從總體上來(lái)講，電伺服驅動(dòng)比氣動(dòng)伺服驅動(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構成電動(dòng)滑臺(電伺服系統)實(shí)際上比氣動(dòng)伺服系統要便宜。
英國諾冠NORGREN氣缸如：當負載為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)，FESTO公司采用小型電動(dòng)滑臺、控制器、馬達電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統，其價(jià)格就比氣動(dòng)伺服系統便宜25%。同樣，對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的話(huà)，所組成的電伺服系統的價(jià)格要比氣動(dòng)伺服系統高出40%左右。
從購買(mǎi)和應用成本來(lái)看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢的。對于氣動(dòng)系統來(lái)說(shuō)，控制系統及執行機構都非常簡(jiǎn)單，每個(gè)英國諾冠NORGREN氣缸只需配置一個(gè)電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運動(dòng)控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護簡(jiǎn)單方便，成本也低。
而對于電動(dòng)執行器來(lái)說(shuō)，雖然電能的獲得比較簡(jiǎn)單，能量成本較低，但購買(mǎi)及應用成本較高，不僅需要配置電機，還需要一套機械傳動(dòng)機構以及相應的驅動(dòng)元件。同時(shí)使用電動(dòng)執行器需要很多保護措施，錯誤的電路連接、電壓的波動(dòng)及負載的超載都會(huì )對電驅動(dòng)器造成損壞，因此需要在電路及機械上加裝保護系統，增加了很多額外的費用支出。另外，由于電動(dòng)執行器驅動(dòng)單元的參數化設置較多，且集成度高，所以其一旦發(fā)生故障，就要更換整個(gè)元件。而且當系統需要的驅動(dòng)力增加時(shí)，也要成套更換元件才能實(shí)現。因此綜合比較可以看出氣缸在購買(mǎi)及維護成本上有較大優(yōu)勢。
能源效率比較
我們研究的結果表明，在往復運動(dòng)周期較短（小于1min）的水平往復運動(dòng)中，電動(dòng)執行器的運行能耗通常低于氣缸的運行能耗，即更節能。而在往復運動(dòng)周期較長(cháng)（大于1min）時(shí)，氣缸竟然變得更節能。這首先是由于終端停止時(shí)電動(dòng)執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(cháng)，對氣缸越有利；其次電機在連續旋轉條件下的額定效率可達90%以上，但在直線(xiàn)往復運動(dòng)（絲杠轉換）中的臺形加減速旋轉條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復運動(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。因此在豎直往復運動(dòng)時(shí)電動(dòng)執行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大。
由上可見(jiàn)，電機本身效率很高，但在往復直線(xiàn)運動(dòng)中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動(dòng)執行器未必一定比氣缸節能，具體比較取決于實(shí)際的工作條件，即安裝方向、往復運動(dòng)周期和負載率等。
應用場(chǎng)合比較
氣動(dòng)系統和電動(dòng)系統并不互相排斥。相反，這只是一個(gè)要求不同的問(wèn)題。氣動(dòng)驅動(dòng)器的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)，當面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件時(shí)，氣動(dòng)驅動(dòng)器就顯得較適應惡劣環(huán)境，而且非常堅固耐用。氣動(dòng)驅動(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定位的情況下，帶伺服馬達的電驅動(dòng)器具有優(yōu)勢。對于要求、同步運轉、可調節和規定的定位編程的應用場(chǎng)合，電驅動(dòng)器是的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進(jìn)馬達所組成的電驅動(dòng)系統能夠補充氣動(dòng)系統的不足之處。
從技術(shù)和使用成本的角度來(lái)說(shuō)，氣缸占有較明顯的優(yōu)勢，但在實(shí)際使用中究竟應該選用哪種技術(shù)做驅動(dòng)控制，還是應從多方因素進(jìn)行綜合考量。現代控制中各種系統越來(lái)越復雜、越來(lái)越精細，并不是某種驅動(dòng)控制技術(shù)就可滿(mǎn)足系統的多種控制功能。氣缸可以簡(jiǎn)單的實(shí)現快速直線(xiàn)循環(huán)運動(dòng)，結構簡(jiǎn)單，維護便捷，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。
電動(dòng)執行器主要用于需要精密控制的應用場(chǎng)合，現在自動(dòng)化設備中柔性化要求在不斷提升，同一設備往往要求適應不同尺寸工件的加工需要，執行器需要進(jìn)行多點(diǎn)定位控制，而且要對執行器的運行速度及力矩進(jìn)行控制或同步跟蹤，這些利用傳統氣動(dòng)控制是無(wú)法實(shí)現的，而電動(dòng)執行器就能非常輕松的實(shí)現此類(lèi)控制。由此可見(jiàn)氣缸比較適用于簡(jiǎn)單的運動(dòng)控制，而電執行器則多用于精密運動(dòng)控制的場(chǎng)合。
市場(chǎng)形勢比較
氣缸驅動(dòng)系統自70年代以來(lái)就在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天，氣缸已成為國內外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中PTP（PointToPoint）搬運的主流執行器，以氣缸驅動(dòng)系統為核心的氣動(dòng)元器件市場(chǎng)規模已達到110億美元的規模。
九十年代開(kāi)始，電機及其微電子控制技術(shù)迅速發(fā)展，使電動(dòng)執行器在工業(yè)自動(dòng)化中的應用成為可能。而且，半導體產(chǎn)業(yè)的興起也直接促進(jìn)了能實(shí)現高精度多點(diǎn)定位的電動(dòng)執行器在工業(yè)領(lǐng)域應用的擴大。
九十年代末期，日本等主要工業(yè)發(fā)達國家，甚至一度出現了電動(dòng)執行器即將取代氣缸，氣缸將退出歷史舞臺的論調。因為人們普遍認為電動(dòng)執行器中電機的能量轉換效率高，而氣缸能量轉換效率較低，低效的產(chǎn)品必將被淘汰出局。然而，十年過(guò)去了，電動(dòng)執行器在工業(yè)現場(chǎng)并未得到普及，其市場(chǎng)規模與氣動(dòng)相比還有很大差距。而且，無(wú)論是在工業(yè)發(fā)達國家，還是在中國等新興工業(yè)國家，氣缸的銷(xiāo)量不僅沒(méi)有減少，而且還在穩步地增長(cháng)。在中國，近幾年氣缸銷(xiāo)量的年增長(cháng)速度一直維持在20%以上。
如需要科學(xué)、客觀(guān)地評價(jià)兩者，必須采用全生命周期評價(jià)（LifeCycleAssessment）手法，考慮比較制造階段、使用階段、廢棄階段三個(gè)階段的綜合指標。具體指標有成本、能耗、對環(huán)境的負擔（主要是排放物等）。譬如成本，電動(dòng)執行器在運行能耗（使用階段）成本上有優(yōu)勢，但維護成本（使用階段）和購置成本（制造階段）都比氣缸要高得多，在該指標上的比較應建立在所有成本的總和上。
在總成本上，我們的研究結果表明，氣缸在大多數工業(yè)應用場(chǎng)合具有一定優(yōu)勢。
綜合以上分析，我們應該看出，氣缸與電動(dòng)執行器各有特點(diǎn)，不可單純地用效率的高低來(lái)評價(jià)其優(yōu)劣。隨著(zhù)電氣技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)執行器的成本還會(huì )進(jìn)一步下降，預期其應用領(lǐng)域還會(huì )進(jìn)一步拓廣，但要完自吸無(wú)堵塞排污泵全取代氣缸是不現實(shí)的。
從市場(chǎng)形式來(lái)看，前面己經(jīng)提到若電缸從一開(kāi)始就參照氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn)，是一個(gè)很好的開(kāi)端。而對于目前還未有ISO標準的無(wú)桿氣缸和氣動(dòng)滑臺，則同樣采用相對應的外形及安裝連接尺寸，這個(gè)便利的措施能夠杜絕氣驅動(dòng)與電驅動(dòng)在安裝、添置或更換方面無(wú)謂的競爭。FESTO公司的電驅動(dòng)產(chǎn)品包含了300多種可自由組合的抓取模塊和多軸系統。在Festo，電驅動(dòng)器不是氣動(dòng)驅動(dòng)器的競爭產(chǎn)品，而是對氣動(dòng)驅動(dòng)器性能的補充。電驅動(dòng)器的特點(diǎn)是和靈活。在作用力快速消失和需要定位的應用場(chǎng)合，電驅動(dòng)器是無(wú)堵塞自吸排污泵理想的決方案。
因此今后氣缸與電動(dòng)執行器的發(fā)展應該是處于非常良性狀況和互補的，也一定會(huì )按照這兩門(mén)技術(shù)自身的科學(xué)自然發(fā)展規律發(fā)展。
英國諾冠NORGREN氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。
1）缸筒
缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往復滑動(dòng)，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm。
SMC、 CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實(shí)現雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進(jìn)排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時(shí)的下彎量，延長(cháng)氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過(guò)去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈。活塞上的耐磨環(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長(cháng)使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹(shù)脂等材料。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動(dòng)部分長(cháng)度來(lái)決定。滑動(dòng)部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經(jīng)鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉或往復運動(dòng)處的部件密封稱(chēng)為動(dòng)密封，靜止件部分的密封稱(chēng)為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）氣缸工作時(shí)要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進(jìn)行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。