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日本SMC氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的區(qū)別
閱讀：1506 發(fā)布時(shí)間：2014-5-30從傳統(tǒng)觀念來看，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,，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)比氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢(shì)
技術(shù)性能的比較
*，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)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,。
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1000N,。顯而易見，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢(shì),。
?。?）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。
電缸的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
?。?）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。
?。?）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)。
?。?）柔韌性強(qiáng),。毫無(wú)疑問，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)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：
?。?）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,。
?。?）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。
?。?）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,。
（7）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*,。
?。?）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）。
?。?）動(dòng)作迅速,、反應(yīng)快。
?。?）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*,。
?。?）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)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,，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,，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,。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