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2016-11-8 閱讀(1678)
美國(guó)PHD氣缸,phd氣缸,美國(guó)PHD簡(jiǎn)介
引導(dǎo)活塞在缸內(nèi)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)美國(guó)PHD氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;氣體在壓縮機(jī)美國(guó)PHD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"美國(guó)PHD氣缸"。美國(guó)PHD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。
美國(guó)PHD氣缸原理源于大炮:
美國(guó)PHD氣缸源于大炮?這并不是聳人聽聞。你車上的美國(guó)PHD氣缸戰(zhàn)士確實(shí)與大炮有關(guān)。
1680年,荷蘭科學(xué)家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā),心想如將炮彈的強(qiáng)大力量用來推動(dòng)其它機(jī)械不是挺好嗎?他一開始仍用作燃燒爆炸物,將炮彈改成“活塞”,把炮筒作“美國(guó)PHD氣缸”,并開一個(gè)單向閥。他在美國(guó)PHD氣缸內(nèi)注入,當(dāng)點(diǎn)燃huoyao后,huoyao猛烈地爆炸燃燒,推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng),并產(chǎn)生動(dòng)力。同時(shí),爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥,排出廢氣。而后,美國(guó)PHD氣缸內(nèi)殘余廢氣逐漸變冷,氣壓變低,美國(guó)PHD氣缸外部的大氣壓又推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng),以準(zhǔn)備進(jìn)行下一次爆炸。當(dāng)然,由于行程過長(zhǎng),效率太低,他zui終沒有取得成功。但是,正是霍因斯首先提出了“內(nèi)燃機(jī)”的設(shè)想,后人在此基礎(chǔ)上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)。
早期汽車使用單缸機(jī)
汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當(dāng)年設(shè)計(jì)制造汽車時(shí),他們不約而同地只用了一個(gè)美國(guó)PHD氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。就像我們現(xiàn)在認(rèn)為一輛汽車不可能使用兩臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,估計(jì)當(dāng)時(shí)的人們也不會(huì)想象出還會(huì)用兩個(gè)美國(guó)PHD氣缸或更多美國(guó)PHD氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。然而現(xiàn)在不同了,先別說發(fā)達(dá)國(guó)家,看看國(guó)內(nèi)汽車廣告就會(huì)發(fā)現(xiàn),不少?gòu)S家總拿發(fā)動(dòng)機(jī)的美國(guó)PHD氣缸數(shù)目和排列形式來說事,賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機(jī)而非三缸,用v6發(fā)動(dòng)機(jī)的一定要把v字弄得醒目惹眼,廣告宣傳確實(shí)起到了很大效果,現(xiàn)在不少車迷已認(rèn)同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)”等概念?,F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動(dòng)機(jī)。
單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功,這樣它的聲音聽起來也不連續(xù)順暢,聽一聽小排量摩托車的聲音就知道了。zui為不能讓人接受的是它的運(yùn)轉(zhuǎn)極不平穩(wěn),轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大,而且單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的外形也不適合裝在汽車上。為此,現(xiàn)在的氣車上已見不到單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上,兩缸機(jī)也不好找了,zui少是3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上,裝的都是3缸機(jī)。
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1升以下的微型車上多用3缸機(jī),1升至2升的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用4缸或5缸機(jī)。2升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)大多為6缸,4升以上的發(fā)動(dòng)機(jī)使用8缸的占絕大多數(shù)。
在相同排量的情況下,增加美國(guó)PHD氣缸數(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。另外,增加美國(guó)PHD氣缸數(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn),使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加美國(guó)PHD氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動(dòng),加速響應(yīng)性更好。為了提高氣車的性能,必須增加美國(guó)PHD氣缸數(shù)。因此,豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的美國(guó)PHD氣缸數(shù)都在6缸以上,zui多者已達(dá)到16缸。
但是,美國(guó)PHD氣缸數(shù)的增加不能無(wú)限制。因?yàn)殡S著美國(guó)PHD氣缸數(shù)的增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件數(shù)也成比例地增加,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性,增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量,提高制造成本和使用費(fèi)用,增加燃料消耗,并使發(fā)動(dòng)機(jī)的體積變大。因此,氣車發(fā)動(dòng)機(jī)的美國(guó)PHD氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的用途和性能要求,在權(quán)衡各種利弊之后做出的合適選擇。
肩并肩站成一排。
直列發(fā)動(dòng)機(jī)
直列發(fā)動(dòng)機(jī)(line engine),它的所有美國(guó)PHD氣缸均肩并肩排成一個(gè)平面,它的缸體和曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且使用一個(gè)美國(guó)PHD氣缸蓋,制造成本較低,穩(wěn)定性高,低速扭矩特性好,燃料消耗少,尺寸緊湊,應(yīng)用比較廣泛。其缺點(diǎn)是功率較低。“直列”可用l代表,后面加上美國(guó)PHD氣缸數(shù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào),現(xiàn)代氣車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動(dòng)機(jī)。
直列3缸(l3)。
工作原理
根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇美國(guó)PHD氣缸時(shí)應(yīng)使美國(guó)PHD氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了,輸出力不夠,美國(guó)PHD氣缸不能正常工作;但缸徑過大,不僅使設(shè)備笨重、成本高,同時(shí)耗氣量增大,造成能源浪費(fèi)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu),以減少美國(guó)PHD氣缸的尺寸。
美國(guó)PHD氣缸
下面是美國(guó)PHD氣缸理論出力的計(jì)算公式:
F:美國(guó)PHD氣缸理論輸出力
F′:效率為85%時(shí)的輸出力(kgf)--(F′=F×85%)
D:美國(guó)PHD氣缸缸徑
P:工作壓力
例:直徑340mm的美國(guó)PHD氣缸,工作壓力為3kgf/cm2時(shí),其理論輸出力為多少?芽輸出力是多少
將P、D連接,找出F、F′上的點(diǎn),得:
F=2800kgf;F′
在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇美國(guó)PHD氣缸缸徑,可根據(jù)其使用壓力和理論推力或拉力的大小,從經(jīng)驗(yàn)表1-1中查出。
例:有一美國(guó)PHD氣缸其使用壓力為5kgf/cm2,在美國(guó)PHD氣缸推出時(shí)其推力為132kgf,(美國(guó)PHD氣缸效率為85%)問:該選擇多大的美國(guó)PHD氣缸缸徑
●由美國(guó)PHD氣缸的推力132kgf和美國(guó)PHD氣缸的效率85%,可計(jì)算出美國(guó)PHD氣缸的理論推力為F=F′
●由使用壓力5kgf/cm2和美國(guó)PHD氣缸的理論推力,查出選擇缸徑為?63的美國(guó)PHD氣缸便可滿足使用要求。
美國(guó)PHD氣缸作用
將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
美國(guó)PHD氣缸常見問題及原因分析
1.美國(guó)PHD氣缸是鑄造而成的,美國(guó)PHD氣缸出廠后都要經(jīng)過時(shí)效處理,使美國(guó)PHD氣缸在住鑄造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力*消除。如果時(shí)效時(shí)間短,那么加工好的美國(guó)PHD氣缸在以后的運(yùn)行中還會(huì)變形。
2.美國(guó)PHD氣缸在運(yùn)行時(shí)受力的情況很復(fù)雜,除了受美國(guó)PHD氣缸內(nèi)外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外,還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對(duì)靜止部分的反作用力,以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對(duì)美國(guó)PHD氣缸的作用力,在這些力的相互作用下,美國(guó)PHD氣缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
3.美國(guó)PHD氣缸的負(fù)荷增減過快,特別是快速的啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時(shí)打開保溫層過早等,在美國(guó)PHD氣缸中和法蘭上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。
4.美國(guó)PHD氣缸在機(jī)械加工的過程中或經(jīng)過補(bǔ)焊后產(chǎn)生了應(yīng)力,但沒有對(duì)美國(guó)PHD氣缸進(jìn)行回火處理加以消除,致使美國(guó)PHD氣缸存在較大的殘余應(yīng)力,在運(yùn)行中產(chǎn)生*的變形。
5.在安裝或檢修的過程中,由于檢修工藝和檢修技術(shù)的原因,使內(nèi)缸、美國(guó)PHD氣缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適,或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適,運(yùn)行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使美國(guó)PHD氣缸變形。
6.使用的美國(guó)PHD氣缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過多或是型號(hào)不對(duì);美國(guó)PHD氣缸密封劑內(nèi)若有堅(jiān)硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì)使密封面難以緊密的結(jié)合。
7.美國(guó)PHD氣缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組的起停或是增減負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會(huì)造成螺栓的應(yīng)力松弛,如果應(yīng)力不足,螺栓的預(yù)緊力就會(huì)逐漸減小。如果美國(guó)PHD氣缸的螺栓材質(zhì)不好,螺栓在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中,在熱應(yīng)力和美國(guó)PHD氣缸膨脹力的作用下被拉長(zhǎng),發(fā)生塑性變形或斷裂,緊力就會(huì)不足,使美國(guó)PHD氣缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。
8.美國(guó)PHD氣缸螺栓緊固的順序不正確。一般的美國(guó)PHD氣缸螺栓在緊固時(shí)是從中間向兩邊同時(shí)緊固,也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固,這樣就會(huì)把變形zui大的處的間隙向美國(guó)PHD氣缸前后的自由端轉(zhuǎn)移,zui后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊,間隙就會(huì)集中于中部,美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面形成弓型間隙,引起蒸汽泄漏。
美國(guó)PHD氣缸,phd氣缸,美國(guó)PHD簡(jiǎn)介
折疊美國(guó)PHD氣缸故障解決方案
1.美國(guó)PHD氣缸變形較大或漏汽嚴(yán)重的結(jié)合面,采用研刮結(jié)合面的方法
如果上缸結(jié)合面變形在0.05mm范圍內(nèi),以上缸結(jié)合面為基準(zhǔn)面,在下缸結(jié)合面涂紅丹或是壓印藍(lán)紙,根據(jù)痕跡研刮下缸。如果上缸的結(jié)合面變形量大,在上缸涂紅丹,用大平尺研出痕跡,把上缸研平?;蚴遣扇C(jī)械加工的方法把上缸結(jié)合面找平,再以上缸為基準(zhǔn)研刮下缸結(jié)合面。美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面的研刮一般有兩種方法:
(1)是不緊結(jié)合面的螺栓,用千斤頂微微推動(dòng)上缸前后移動(dòng),根據(jù)下缸結(jié)合面紅丹的著se情況來研刮。這種方法適合結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)的高壓缸。
(2)是緊結(jié)合面的螺栓,根據(jù)塞尺的檢查結(jié)合面的嚴(yán)密性,測(cè)出數(shù)值及壓出的痕跡,修刮結(jié)合面,這種方法可以排除美國(guó)PHD氣缸垂弧對(duì)間隙的影響。
2.采用適當(dāng)?shù)拿绹?guó)PHD氣缸密封材料
因現(xiàn)在汽輪機(jī)美國(guó)PHD氣缸密封劑還沒有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制作原料和配方也各不相同,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊;在選擇汽輪機(jī)美國(guó)PHD氣缸密封劑時(shí),就要選在行業(yè)內(nèi)有口碑,產(chǎn)品質(zhì)量有保證的正規(guī)生產(chǎn)廠家,以保證檢修處理后美國(guó)PHD氣缸的嚴(yán)密性。
3.局部補(bǔ)焊的方法
由于美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕,選用適當(dāng)?shù)暮笚l把溝痕添平,用平板或平尺研出痕跡,研刮焊道和結(jié)合面在同一平面內(nèi)。美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴(yán)重時(shí),在下缸的結(jié)合面補(bǔ)焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶,然后用平尺或是扣上缸測(cè)量,并涂紅丹研刮,直到消除間隙。此操作的工藝也很簡(jiǎn)單,焊前預(yù)熱美國(guó)PHD氣缸至150℃,然后在室溫下進(jìn)行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條,如A407、A412,焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進(jìn)行打磨修刮。
4.美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂
當(dāng)美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面大面積漏汽,間隙在0.50mm左右時(shí),為了減少研刮的工作量,可用涂鍍的工藝。用美國(guó)PHD氣缸做陽(yáng)極,涂具做陰極,在美國(guó)PHD氣缸的結(jié)合面上反復(fù)涂刷電解溶液,涂層的厚度要根據(jù)美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面間隙的大小而定,涂層的種類要根據(jù)美國(guó)PHD氣缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達(dá)到塑性狀態(tài)后噴射于處理過的美國(guó)PHD氣缸表面,形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點(diǎn)就是設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便涂層牢固,噴涂后美國(guó)PHD氣缸溫度僅為70℃—80℃不會(huì)使美國(guó)PHD氣缸產(chǎn)生變形,而且可獲得耐熱,耐磨,抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對(duì)缸面進(jìn)行打磨、除油、拉毛,在涂渡和噴涂后要對(duì)涂層進(jìn)行研刮,保證結(jié)合面的嚴(yán)密。
5.結(jié)合面加墊的方法
如果結(jié)合面的局部間隙泄漏不是很大,可用80—100目的銅網(wǎng)經(jīng)熱處理使其硬度降低,然后剪成適當(dāng)?shù)男螤?,鋪在結(jié)合面的漏汽處,再配以美國(guó)PHD氣缸密封劑。如果結(jié)合面的間隙較大,泄漏嚴(yán)重,可在上下結(jié)合面開寬50mm深5mm的槽,中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊,齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右,并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調(diào)整。
6.控制螺栓應(yīng)力的方法
如果美國(guó)PHD氣缸結(jié)合面的變形較小,而且很均勻,可在有間隙處更換新的螺栓,或是適當(dāng)?shù)募哟舐菟ǖ念A(yù)緊力。按從中間向兩邊同時(shí)緊固,也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固螺栓。理論上來說,控制螺栓的預(yù)緊力可用公式d/L≤A來計(jì)算,但由于此計(jì)算的數(shù)據(jù)與測(cè)量的手段還在研究當(dāng)中,目前沒有達(dá)到推廣,多在螺栓的允許的zui大應(yīng)力內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定。
7.新時(shí)期采用的高分子材料方法
目前隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,高分子復(fù)合材料逐漸在美國(guó)PHD氣缸維護(hù)中取得了成功的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)手段相比,高分子復(fù)合材料具有較為優(yōu)異的耐溫性能,良好的耐壓性能,以及更為出色的密封性能,且具有良好的塑變性,受熱不會(huì)固化,密封膜不會(huì)被破壞,從而保證了機(jī)件密封面的密封;加之易于清除,使用過的密封面可以用無(wú)水乙醇或丙酮輕易的擦去,而不會(huì)附著于密封面;由于其優(yōu)異的性能,逐漸受到越來越多美國(guó)PHD氣缸企業(yè)的青睞。
區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來看,美國(guó)PHD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,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)方面來對(duì)比美國(guó)PHD氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢(shì)
折疊技術(shù)性能
*,相比電動(dòng)執(zhí)行器,美國(guó)PHD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)。美國(guó)PHD氣缸擅長(zhǎng)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中zui多的傳送要求——工件的直線搬運(yùn)。而且,僅僅調(diào)節(jié)安裝在美國(guó)PHD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,也成為美國(guó)PHD氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)zui大的特征和優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于沒有多點(diǎn)定位要求的用戶,絕大多數(shù)從使用便利性角度更傾向于使用美國(guó)PHD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,這是由于用美國(guó)PHD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,通過反饋系統(tǒng)對(duì)速度、位置及力矩進(jìn)行控制。但當(dāng)需要完成直線運(yùn)動(dòng)時(shí),需要通過齒形帶或絲桿等機(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)人員的專業(yè)知識(shí)都有較高要求。
折疊優(yōu)勢(shì)
美國(guó)PHD氣缸,phd氣缸,美國(guó)PHD簡(jiǎn)介
(1)對(duì)使用者的要求較低。美國(guó)PHD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。美國(guó)PHD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的美國(guó)PHD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1000N。顯而易見,在輸出力方面美國(guó)PHD氣缸更具優(yōu)勢(shì)。
(3)適應(yīng)性強(qiáng)。美國(guó)PHD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。
電缸的優(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,電缸的柔韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于美國(guó)PHD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)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關(guān)之間配合地再好也不能做到美國(guó)PHD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開關(guān)、熔斷器和一些電線,易于裝配。
(2)電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)源很靈活,一般車載電源即可滿足需要,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)過多的復(fù)雜回路。
而美國(guó)PHD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,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)買和應(yīng)用成本比較
從總體上來講,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(dòng)伺服系統(tǒng)高出40%左右。
從購(gòu)買和應(yīng)用成本來看,目前美國(guó)PHD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)來說,控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單,每個(gè)美國(guó)PHD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,美國(guó)PHD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)行器來說,雖然電能的獲得比較簡(jiǎn)單,能量成本較低,但購(gòu)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(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美國(guó)PHD氣缸在購(gòu)買及維護(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)行能耗通常低于美國(guó)PHD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),美國(guó)PHD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,而美國(guó)PHD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)美國(guó)PHD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(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,而美國(guó)PHD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)行器相比美國(guó)PHD氣缸的能耗優(yōu)勢(shì)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(dòng)中考慮其效率下降及控制器的電力消耗,電動(dòng)執(zhí)行器未必一定比美國(guó)PHD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)要求不同的問題。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)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(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、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。
從技術(shù)和使用成本的角度來說,美國(guó)PHD氣缸占有較明顯的優(yōu)勢(shì),但在實(shí)際使用中究竟應(yīng)該選用哪種技術(shù)做驅(qū)動(dòng)控制,還是應(yīng)從多方因素進(jìn)行綜合考量?,F(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(dòng)控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。美國(guó)PHD氣缸可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。
電動(dòng)執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場(chǎng)合,現(xiàn)在自動(dòng)化設(shè)備中柔性化要求在不斷提升,同一設(shè)備往往要求適應(yīng)不同尺寸工件的加工需要,執(zhí)行器需要進(jìn)行多點(diǎn)定位控制,而且要對(duì)執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行控制或同步跟蹤,這些利用傳統(tǒng)氣動(dòng)控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,而電動(dòng)執(zhí)行器就能非常輕松的實(shí)現(xiàn)此類控制。由此可見美國(guó)PHD氣缸比較適用于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制,而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合。
市場(chǎng)形勢(shì)比較
美國(guó)PHD氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自70年代以來就在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天,美國(guó)PHD氣缸已成為國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中PTP(PointToPoint)搬運(yùn)的主流執(zhí)行器,以美國(guó)PHD氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為核心的氣動(dòng)元器件市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到110億美元的規(guī)模。
九十年代開始,電機(jī)及其微電子控制技術(shù)迅速發(fā)展,使電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用成為可能。而且,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起也直接促進(jìn)了能實(shí)現(xiàn)高精度多點(diǎn)定位的電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的擴(kuò)大。
九十年代末期,日本等主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,甚至一度出現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器即將取代美國(guó)PHD氣缸,美國(guó)PHD氣缸將退出歷史舞臺(tái)的論調(diào)。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為電動(dòng)執(zhí)行器中電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率高,而美國(guó)PHD氣缸能量轉(zhuǎn)換效率較低,低效的產(chǎn)品必將被淘汰出局。然而,十年過去了,電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)并未得到普及,其市場(chǎng)規(guī)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(dá)國(guó)家,還是在現(xiàn)貨等新興工業(yè)國(guó)家,美國(guó)PHD氣缸的銷量不僅沒有減少,而且還在穩(wěn)步地增長(zhǎng)。在現(xiàn)貨,近幾年美國(guó)PHD氣缸銷量的年增長(zhǎng)速度一直維持在20%以上。
如需要科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)兩者,必須采用全生命周期評(píng)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(biāo)。具體指標(biāo)有成本、能耗、對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)(主要是排放物等)。譬如成本,電動(dòng)執(zhí)行器在運(yùn)行能耗(使用階段)成本上有優(yōu)勢(shì),但維護(hù)成本(使用階段)和購(gòu)置成本(制造階段)都比美國(guó)PHD氣缸要高得多,在該指標(biāo)上的比較應(yīng)建立在所有成本的總和上。
在總成本上,我們的研究結(jié)果表明,美國(guó)PHD氣缸在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合具有一定優(yōu)勢(shì)。
綜合以上分析,我們應(yīng)該看出,美國(guó)PHD氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各有特點(diǎn),不可單純地用效率的高低來評(píng)價(jià)其優(yōu)劣。隨著電氣技術(shù)的發(fā)展,電動(dòng)執(zhí)行器的成本還會(huì)進(jìn)一步下降,預(yù)期其應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)進(jìn)一步拓廣,但要完自吸無(wú)堵塞排污泵全取代美國(guó)PHD氣缸是不現(xiàn)實(shí)的。
從市場(chǎng)形式來看,前面己經(jīng)提到若電缸從一開始就參照美國(guó)PHD氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn),是一個(gè)很好的開端。而對(duì)于目前還未有ISO標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)桿美國(guó)PHD氣缸和氣動(dòng)滑臺(tái),則同樣采用相對(duì)應(yīng)的外形及安裝連接尺寸,這個(gè)便利的措施能夠杜絕氣驅(qū)動(dòng)與電驅(qū)動(dòng)在安裝、添置或更換方面無(wú)謂的競(jìng)爭(zhēng)。FESTO公司的電驅(qū)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(tǒng)。在Festo,電驅(qū)動(dòng)器不是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品,而是對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器性能的補(bǔ)充。電驅(qū)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(yīng)用場(chǎng)合,電驅(qū)動(dòng)器是無(wú)堵塞自吸排污泵理想的決方案。
因此今后美國(guó)PHD氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展應(yīng)該是處于非常良性狀況和互補(bǔ)的,也一定會(huì)按照這兩門技術(shù)自身的科學(xué)自然發(fā)展規(guī)律發(fā)展