美國PHD氣缸,phd氣缸,美國PHD簡介 引導(dǎo)活塞在缸內(nèi)進(jìn)行直線往復(fù)運動的圓筒形金屬機(jī)件。工質(zhì)在發(fā)動機(jī)美國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)動機(jī)等的殼體通常也稱"美國PHD氣缸"。美國PHD氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域:印刷(張力控制)、半導(dǎo)體(點焊機(jī)、芯片研磨)、自動化控制、機(jī)器人等等。
美國PHD氣缸原理源于大炮：
美國PHD氣缸源于大炮？這并不是聳人聽聞。你車上的美國PHD氣缸戰(zhàn)士確實與大炮有關(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PHD氣缸”，并開一個單向閥。他在美國PHD氣缸內(nèi)注入,當(dāng)點燃huoyao后，huoyao猛烈地爆炸燃燒，推動活塞向上運動，并產(chǎn)生動力。同時，爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥，排出廢氣。而后，美國PHD氣缸內(nèi)殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，美國PHD氣缸外部的大氣壓又推動活塞向下運動，以準(zhǔn)備進(jìn)行下一次爆炸。當(dāng)然，由于行程過長，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)計制造汽車時，他們不約而同地只用了一個美國PHD氣缸的發(fā)動機(jī)。就像我們現(xiàn)在認(rèn)為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發(fā)動機(jī)一樣，估計當(dāng)時的人們也不會想象出還會用兩個美國PHD氣缸或更多美國PHD氣缸的發(fā)動機(jī)。然而現(xiàn)在不同了，先別說發(fā)達(dá)國家，看看國內(nèi)汽車廣告就會發(fā)現(xiàn)，不少廠家總拿發(fā)動機(jī)的美國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)動機(jī)的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實起到了很大效果，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)動機(jī)是發(fā)動機(jī)”等概念。現(xiàn)在國產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動機(jī)。
單缸發(fā)動機(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轉(zhuǎn)極不平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速波動較大，而且單缸發(fā)動機(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)動機(jī)上，兩缸機(jī)也不好找了，zui少是3缸發(fā)動機(jī)。國內(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)動機(jī)一般采用4缸或5缸機(jī)。2升以上的發(fā)動機(jī)大多為6缸，4升以上的發(fā)動機(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PHD氣缸數(shù)可以提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而可以提高發(fā)動機(jī)的輸出功率。另外，增加美國PHD氣缸數(shù)可以使發(fā)動機(jī)運轉(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PHD氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動，加速響應(yīng)性更好。為了提高氣車的性能，必須增加美國PHD氣缸數(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的美國PHD氣缸數(shù)都在6缸以上，zui多者已達(dá)到16缸。
但是，美國PHD氣缸數(shù)的增加不能無限制。因為隨著美國PHD氣缸數(shù)的增加，發(fā)動機(jī)的零部件數(shù)也成比例地增加，從而使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低發(fā)動機(jī)的可靠性，增加發(fā)動機(jī)重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發(fā)動機(jī)的體積變大。因此，氣車發(fā)動機(jī)的美國PHD氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動機(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)動機(jī)
直列發(fā)動機(jī)（line engine），它的所有美國PHD氣缸均肩并肩排成一個平面，它的缸體和曲軸結(jié)構(gòu)簡單，而且使用一個美國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。其缺點是功率較低。“直列”可用l代表，后面加上美國PHD氣缸數(shù)就是發(fā)動機(jī)代號，現(xiàn)代氣車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動機(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PHD氣缸時應(yīng)使美國PHD氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，美國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，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設(shè)計時，應(yīng)盡量采用增力機(jī)構(gòu)，以減少美國PHD氣缸的尺寸。
美國PHD氣缸
下面是美國PHD氣缸理論出力的計算公式：
F：美國PHD氣缸理論輸出力
F′：效率為85%時的輸出力(kgf)--(F′=F×85%）
D：美國PHD氣缸缸徑
P：工作壓力
例：直徑340mm的美國PHD氣缸，工作壓力為3kgf/cm2時，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，得：
F=2800kgf；F′
在工程設(shè)計時選擇美國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)驗表1－1中查出。
例：有一美國PHD氣缸其使用壓力為5kgf/cm2，在美國PHD氣缸推出時其推力為132kgf，(美國PHD氣缸效率為85%)問：該選擇多大的美國PHD氣缸缸徑
●由美國PHD氣缸的推力132kgf和美國PHD氣缸的效率85%，可計算出美國PHD氣缸的理論推力為F=F′
●由使用壓力5kgf/cm2和美國PHD氣缸的理論推力，查出選擇缸徑為?63的美國PHD氣缸便可滿足使用要求。
美國PHD氣缸作用
將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動。
美國PHD氣缸常見問題及原因分析
1．美國PHD氣缸是鑄造而成的，美國PHD氣缸出廠后都要經(jīng)過時效處理，使美國PHD氣缸在住鑄造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力*消除。如果時效時間短，那么加工好的美國PHD氣缸在以后的運行中還會變形。
2．美國PHD氣缸在運行時受力的情況很復(fù)雜，除了受美國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對靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對美國PHD氣缸的作用力，在這些力的相互作用下，美國PHD氣缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
3．美國PHD氣缸的負(fù)荷增減過快，特別是快速的啟動、停機(jī)和工況變化時溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時打開保溫層過早等，在美國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，但沒有對美國PHD氣缸進(jìn)行回火處理加以消除，致使美國PHD氣缸存在較大的殘余應(yīng)力，在運行中產(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，運行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使美國PHD氣缸變形。
6．使用的美國PHD氣缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過多或是型號不對；美國PHD氣缸密封劑內(nèi)若有堅硬的雜質(zhì)顆粒就會使密封面難以緊密的結(jié)合。
7．美國PHD氣缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。美國PHD氣缸結(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來實現(xiàn)的。機(jī)組的起停或是增減負(fù)荷時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會造成螺栓的應(yīng)力松弛，如果應(yīng)力不足，螺栓的預(yù)緊力就會逐漸減小。如果美國PHD氣缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長時間的運行當(dāng)中，在熱應(yīng)力和美國PHD氣缸膨脹力的作用下被拉長，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會不足，使美國PHD氣缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。
8．美國PHD氣缸螺栓緊固的順序不正確。一般的美國PHD氣缸螺栓在緊固時是從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固，這樣就會把變形zui大的處的間隙向美國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，間隙就會集中于中部，美國PHD氣缸結(jié)合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。 美國PHD氣缸,phd氣缸,美國PHD簡介
折疊美國PHD氣缸故障解決方案
1．美國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，用千斤頂微微推動上缸前后移動，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PHD氣缸垂弧對間隙的影響。
2．采用適當(dāng)?shù)拿绹鳳HD氣缸密封材料
因現(xiàn)在汽輪機(jī)美國PHD氣缸密封劑還沒有統(tǒng)一的國家標(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PHD氣缸密封劑時，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PHD氣缸的嚴(yán)密性。
3．局部補(bǔ)焊的方法
由于美國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PHD氣缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴(yán)重時，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量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡單，焊前預(yù)熱美國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PHD氣缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂
當(dāng)美國PHD氣缸結(jié)合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用美國PHD氣缸做陽極，涂具做陰極，在美國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PHD氣缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點就是設(shè)備簡單，操作方便涂層牢固，噴涂后美國PHD氣缸溫度僅為70℃—80℃不會使美國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缸面進(jìn)行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對涂層進(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來計算，但由于此計算的數(shù)據(jù)與測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)驗而定。
7.新時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PHD氣缸維護(hù)中取得了成功的應(yīng)用。相對于傳統(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，受熱不會固化，密封膜不會被破壞，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水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著于密封面；由于其優(yōu)異的性能，逐漸受到越來越多美國PHD氣缸企業(yè)的青睞。
區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來看，美國PHD氣缸與電動執(zhí)行器一直被認(rèn)為是屬于兩個*不同領(lǐng)域的自動化產(chǎn)品，但是近年來，隨著電氣化程度的不斷提高，電動執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動領(lǐng)域，二者在應(yīng)用中既有競爭又相互補(bǔ)充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購買和應(yīng)用成本、能源效率、應(yīng)用場合及市場形勢等幾個方面來對比美國PHD氣缸與電動執(zhí)行器各自的優(yōu)勢
折疊技術(shù)性能
*，相比電動執(zhí)行器，美國PHD氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現(xiàn)免維護(hù)。美國PHD氣缸擅長作往復(fù)直線運動，尤其適于工業(yè)自動化中zui多的傳送要求——工件的直線搬運。而且，僅僅調(diào)節(jié)安裝在美國PHD氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡單地實現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為美國PHD氣缸驅(qū)動系統(tǒng)zui大的特征和優(yōu)勢。所以對于沒有多點定位要求的用戶，絕大多數(shù)從使用便利性角度更傾向于使用美國PHD氣缸。目前工業(yè)現(xiàn)場使用電動執(zhí)行器的應(yīng)用大部分都是要求高精度多點定位，這是由于用美國PHD氣缸難以實現(xiàn)，退而求其次的結(jié)果。
而電動執(zhí)行器主要用于旋轉(zhuǎn)與擺動工況。其優(yōu)勢在于響應(yīng)時間快，通過反饋系統(tǒng)對速度、位置及力矩進(jìn)行控制。但當(dāng)需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲桿等機(jī)械裝置進(jìn)行傳動轉(zhuǎn)化，因此結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，而且對工作環(huán)境及操作維護(hù)人員的專業(yè)知識都有較高要求。
折疊優(yōu)勢 美國PHD氣缸,phd氣缸,美國PHD簡介
（1）對使用者的要求較低。美國PHD氣缸的原理及結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝維護(hù)，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。美國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。一個缸徑為50mm的美國PHD氣缸，理論上的輸出力可達(dá)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1000N。顯而易見，在輸出力方面美國PHD氣缸更具優(yōu)勢。
（3）適應(yīng)性強(qiáng)。美國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，對環(huán)境的要求較高，適應(yīng)性較差。
電缸的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：
（1）系統(tǒng)構(gòu)成非常簡單。由于電機(jī)通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡單而緊湊。
（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)到幾百甚至上千個位置。在精度方面，電缸也具有的優(yōu)勢，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)。毫無疑問，電缸的柔韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于美國PHD氣缸。由于控制器可以與PLC直接進(jìn)行連接，對電機(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)行運動；由于氣體的可壓縮性和運動時產(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PHD氣缸的準(zhǔn)確定位，柔韌性也就無從談起了。
在技術(shù)性能方面，本人認(rèn)為電動和氣動各有所長，首先電動執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：
（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對簡單，一個基本的電子系統(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）電動執(zhí)行器的驅(qū)動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執(zhí)行器需要氣源和壓縮驅(qū)動裝置。
（3）電動執(zhí)行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。
（4）不需要對各種氣動管線進(jìn)行安裝和維護(hù)。
（5）可以無需動力即保持負(fù)載，而氣動執(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，電動執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。
（7）電動執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*。
（8）氣動裝置中的通常需要把電信號轉(zhuǎn)化為氣信號，然后再轉(zhuǎn)化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。
而美國PHD氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個方面：
（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用（不過，現(xiàn)在的電動執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達(dá)到目前的氣動負(fù)載水平了）。
（2）動作迅速、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電機(jī)容易受損。
購買和應(yīng)用成本比較
從總體上來講，電伺服驅(qū)動比氣動伺服驅(qū)動要貴，但也要因具體要求及場合而定。有些小功率的直流電機(jī)構(gòu)成電動滑臺(電伺服系統(tǒng))實際上比氣動伺服系統(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，F(xiàn)ESTO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，目前美國PHD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，每個美國PHD氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運動控制，美國PHD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。同時使用電動執(zhí)行器需要很多保護(hù)措施，錯誤的電路連接、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，就要更換整個元件。而且當(dāng)系統(tǒng)需要的驅(qū)動力增加時，也要成套更換元件才能實現(xiàn)。因此綜合比較可以看出美國PHD氣缸在購買及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢。
能源效率比較
我們研究的結(jié)果表明，在往復(fù)運動周期較短（小于1min）的水平往復(fù)運動中，電動執(zhí)行器的運行能耗通常低于美國PHD氣缸的運行能耗，即更節(jié)能。而在往復(fù)運動周期較長（大于1min）時，美國PHD氣缸竟然變得更節(jié)能。這首先是由于終端停止時電動執(zhí)行器的控制器通常需要消耗約10W的電力，而美國PHD氣缸僅有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低于1W，即終端停止時間越長，對美國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%。在豎直往復(fù)運動時，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，而美國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)運動時電動執(zhí)行器相比美國PHD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)行器未必一定比美國PHD氣缸節(jié)能，具體比較取決于實際的工作條件，即安裝方向、往復(fù)運動周期和負(fù)載率等。
應(yīng)用場合比較
氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個要求不同的問題。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，氣動驅(qū)動器就顯得較適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且非常堅固耐用。氣動驅(qū)動器容易安裝，能提供典型的抓取功能，價格便宜且操作方便。
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，美國PHD氣缸占有較明顯的優(yōu)勢，但在實際使用中究竟應(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?，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)動控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。美國PHD氣缸可以簡單的實現(xiàn)快速直線循環(huán)運動，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)便捷，同時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。
電動執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場合，現(xiàn)在自動化設(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)行多點定位控制，而且要對執(zhí)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(tǒng)氣動控制是無法實現(xiàn)的，而電動執(zhí)行器就能非常輕松的實現(xiàn)此類控制。由此可見美國PHD氣缸比較適用于簡單的運動控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運動控制的場合。
市場形勢比較
美國PHD氣缸驅(qū)動系統(tǒng)自70年代以來就在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天，美國PHD氣缸已成為國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中PTP（PointToPoint）搬運的主流執(zhí)行器，以美國PHD氣缸驅(qū)動系統(tǒng)為核心的氣動元器件市場規(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，使電動執(zhí)行器在工業(yè)自動化中的應(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)了能實現(xiàn)高精度多點定位的電動執(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)國家，甚至一度出現(xiàn)了電動執(zhí)行器即將取代美國PHD氣缸，美國PHD氣缸將退出歷史舞臺的論調(diào)。因為人們普遍認(rèn)為電動執(zhí)行器中電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率高，而美國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，電動執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場并未得到普及，其市場規(guī)模與氣動相比還有很大差距。而且，無論是在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，還是在現(xiàn)貨等新興工業(yè)國家，美國PHD氣缸的銷量不僅沒有減少，而且還在穩(wěn)步地增長。在現(xiàn)貨，近幾年美國PHD氣缸銷量的年增長速度一直維持在20%以上。
如需要科學(xué)、客觀地評價兩者，必須采用全生命周期評價（LifeCycleAssessment）手法，考慮比較制造階段、使用階段、廢棄階段三個階段的綜合指標(biāo)。具體指標(biāo)有成本、能耗、對環(huán)境的負(fù)擔(dān)（主要是排放物等）。譬如成本，電動執(zhí)行器在運行能耗（使用階段）成本上有優(yōu)勢，但維護(hù)成本（使用階段）和購置成本（制造階段）都比美國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PHD氣缸在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場合具有一定優(yōu)勢。
綜合以上分析，我們應(yīng)該看出，美國PHD氣缸與電動執(zhí)行器各有特點，不可單純地用效率的高低來評價其優(yōu)劣。隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，電動執(zhí)行器的成本還會進(jìn)一步下降，預(yù)期其應(yīng)用領(lǐng)域還會進(jìn)一步拓廣，但要完自吸無堵塞排污泵全取代美國PHD氣缸是不現(xiàn)實的。
從市場形式來看，前面己經(jīng)提到若電缸從一開始就參照美國PHD氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn)，是一個很好的開端。而對于目前還未有ISO標(biāo)準(zhǔn)的無桿美國PHD氣缸和氣動滑臺，則同樣采用相對應(yīng)的外形及安裝連接尺寸，這個便利的措施能夠杜絕氣驅(qū)動與電驅(qū)動在安裝、添置或更換方面無謂的競爭。FESTO公司的電驅(qū)動產(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)動器不是氣動驅(qū)動器的競爭產(chǎn)品，而是對氣動驅(qū)動器性能的補(bǔ)充。電驅(qū)動器的特點是和靈活。在作用力快速消失和需要定位的應(yīng)用場合，電驅(qū)動器是無堵塞自吸排污泵理想的決方案。
因此今后美國PHD氣缸與電動執(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 |
