詳細介紹
英國諾冠NORGREN氣缸原廠價發(fā)展歷程
氣缸原理源于大炮。
1680年,,荷蘭科學家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā),,心想如將炮彈的強大力量用來推動其它機械不是挺好嗎?他一開始仍用作燃燒爆炸物,,將炮彈改成“活塞”,,把炮筒作“氣缸”,并開一個單向閥,。他在氣缸內(nèi)注入,,當點燃后,,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,氣缸內(nèi)殘余廢氣逐漸變冷,,氣壓變低,,氣缸外部的大氣壓又推動活塞向下運動,以準備進行下一次爆炸,。當然,,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”的設想,,后人在此基礎上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動機,。
早期汽車使用單缸機
汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當年設計制造汽車時,他們不約而同地只用了一個氣缸的發(fā)動機,。就像我們認為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發(fā)動機一樣,,估計當時的人們也不會想象出還會用兩個氣缸或更多氣缸的發(fā)動機。然而現(xiàn)在不同了,,先別說發(fā)達國家,,看看國內(nèi)汽車廣告就會發(fā)現(xiàn),不少廠家總拿發(fā)動機的氣缸數(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而非三缸,,用v6發(fā)動機的一定要把v字弄得醒目惹眼,廣告宣傳確實起到了很大效果,,不少車迷已認同了 “4缸比3缸好”,、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”,、“v型發(fā)動機是高級發(fā)動機”等概念,。國產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動機,。
單缸發(fā)動機的曲軸每轉(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)動機的外形也不適合裝在汽車上,。為此,汽車上已見不到單缸發(fā)動機上,,兩缸機也不好找了,,zui少是3缸發(fā)動機。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,。
1升以下的微型車上多用3缸機,1升至2升的發(fā)動機一般采用4缸或5缸機,。2升以上的發(fā)動機大多為6缸,,4升以上的發(fā)動機使用8缸的占絕大多數(shù)。
在相同排量的情況下,,增加氣缸數(shù)可以提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,,從而可以提高發(fā)動機的輸出功率。另外,,增加氣缸數(shù)可以使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn),,使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動,,加速響應性更好,。為了提高氣車的性能,必須增加氣缸數(shù),。因此,,豪華轎車、跑車,、賽車等高性能氣車的氣缸數(shù)都在6缸以上,,zui多者已達到16缸。
但是,,英國諾冠NORGREN氣缸原廠價數(shù)的增加不能無限制,。因為隨著氣缸數(shù)的增加,,發(fā)動機的零部件數(shù)也成比例地增加,,從而使發(fā)動機結(jié)構復雜,降低發(fā)動機的可靠性,,增加發(fā)動機重量,,提高制造成本和使用費用,增加燃料消耗,,并使發(fā)動機的體積變大,。因此,,氣車發(fā)動機的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動機的用途和性能要求,在權衡各種利弊之后做出的合適選擇,。
直列發(fā)動機(line engine),,它的所有氣缸均肩并肩排成一個平面,它的缸體和曲軸結(jié)構簡單,,而且使用一個氣缸蓋,,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,,應用比較廣泛,。其缺點是功率較低。“直列”可用l代表,,后面加上氣缸數(shù)就是發(fā)動機代號,,現(xiàn)代汽車上主要有l(wèi)3、l4,、l5,、l6型發(fā)動機。
英國諾冠NORGREN氣缸的結(jié)構:
氣缸是由缸筒,、端蓋,、活塞、活塞桿和密封件等組成,,其內(nèi)部結(jié)構如圖所示:
1)缸筒
缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小,。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復滑動,,缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm,。
氣缸活塞上采用組合密封圈實現(xiàn)雙向密封,活塞與活塞桿用壓鉚鏈接,,不用螺母,。
2)端蓋
端蓋上設有進排氣通口,有的還在端蓋內(nèi)設有緩沖機構,。桿側(cè)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(nèi)。桿側(cè)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,減小活塞桿伸出時的下彎量,延長氣缸使用壽命,。導向套通常使用燒結(jié)含油合金,、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵,,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,?;钊系哪湍キh(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)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯,、夾布合成樹脂等材料,。活塞的寬度由密封圈尺寸和必要的滑動部分長度來決定,?;瑒硬糠痔蹋滓鹪缙谀p和卡死,?;钊牟馁|(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(zhuǎn)或往復運動處的部件密封稱為動密封,,靜止件部分的密封稱為靜密封。
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)英國諾冠NORGREN氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸,。
氣缸與電動執(zhí)行器的區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來看,,英國諾冠NORGREN氣缸與電動執(zhí)行器一直被認為是屬于兩個*不同領域的自動化產(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,,我們將從技術性能、購買和應用成本,、能源效率,、應用場合及市場形勢等幾個方面來對比氣缸與電動執(zhí)行器各自的優(yōu)勢
英國諾冠NORGREN氣缸的技術性能:
*,相比電動執(zhí)行器,,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,。氣缸擅長作往復直線運動,,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氣缸,。目前工業(yè)現(xiàn)場使用電動執(zhí)行器的應用大部分都是要求高精度多點定位,這是由于用氣缸難以實現(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)勢在于響應時間快,,通過反饋系統(tǒng)對速度,、位置及力矩進行精確控制。但當需要完成直線運動時,,需要通過齒形帶或絲桿等機械裝置進行傳動轉(zhuǎn)化,,因此結(jié)構相對最為復雜,而且對工作環(huán)境及操作維護人員的專業(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(jié)構簡單,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因素有關,,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1000N,。顯而易見,,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(xiàn)在以下3個方面:
(1)系統(tǒng)構成非常簡單,。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?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,。毫無疑問,,電缸的柔韌性遠遠強于氣缸。由于控制器可以與PLC直接進行連接,,對電機的轉(zhuǎn)速,、定位和正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制,,在一定程度上,,電缸可以根據(jù)需要隨意進行運動;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,,柔韌性也就無從談起了。
在技術性能方面,,英國諾冠NORGREN氣缸原廠價本人認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)構緊湊,體積小巧,。比起氣動執(zhí)行器,,電動執(zhí)行器結(jié)構相對簡單,一個基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器,,三位置DPDT開關,、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行安裝和維護,。
(5)可以無需動力即保持負載,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)過多的復雜回路,。
而英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個方面:
(1)負載大,,可以適應高力矩輸出的應用(不過,現(xiàn)在的電動執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達到目前的氣動負載水平了),。
(2)動作迅速,、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容易受損,。
購買和應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構成電動滑臺(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,,F(xiàn)ESTO公司采用小型電動滑臺,、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(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)行機構都非常簡單,,每個氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換,進行運動控制,,氣缸發(fā)生故障的概率也比較小,,維護簡單方便,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,,但購買及應用成本較高,,不僅需要配置電機,還需要一套機械傳動機構以及相應的驅(qū)動元件,。同時使用電動執(zhí)行器需要很多保護措施,,錯誤的電路連接,、電壓的波動及負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械上加裝保護系統(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氣缸在購買及維護成本上有較大優(yōu)勢。
能源效率比較我們研究的結(jié)果表明,,在往復運動周期較短(小于1min)的水平往復運動中,,電動執(zhí)行器的運行能耗通常低于氣缸的運行能耗,即更節(jié)能,。而在往復運動周期較長(大于1min)時,,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,,對氣缸越有利,;其次電機在連續(xù)旋轉(zhuǎn)條件下的額定效率可達90%以上,但在直線往復運動(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,,而氣缸只需關閉電磁閥即可,耗電極少,。因此在豎直往復運動時電動執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大,。
由上可見,電機本身效率很高,,但在往復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,、往復運動周期和負載率等。
英國諾冠NORGREN氣缸的應用場合比較:
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精確定位的情況下,,帶伺服馬達的電驅(qū)動器具有優(yōu)勢,。對于要求精確、同步運轉(zhuǎn),、可調(diào)節(jié)和規(guī)定的定位編程的應用場合,,電驅(qū)動器是的選擇,帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進馬達所組成的電驅(qū)動系統(tǒng)能夠補充氣動系統(tǒng)的不足之處,。
從技術和使用成本的角度來說,,氣缸占有較明顯的優(yōu)勢,但在實際使用中究竟應該選用哪種技術做驅(qū)動控制,,還是應從多方因素進行綜合考量?,F(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來越復雜、越來越精細,,并不是某種驅(qū)動控制技術就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能,。氣缸可以簡單的實現(xiàn)快速直線循環(huán)運動,結(jié)構簡單,維護便捷,,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用場合,,現(xiàn)在自動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(zhí)行器需要進行多點定位控制,,而且要對執(zhí)行器的運行速度及力矩進行精確控制或同步跟蹤,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,。
英國諾冠NORGREN氣缸的解決方案:
1.英國諾冠NORGREN氣缸變形較大或漏汽嚴重的結(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)合面為基準面,,在下缸結(jié)合面涂紅丹或是壓印藍紙,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械加工的方法把上缸結(jié)合面找平,,再以上缸為基準研刮下缸結(jié)合面。英國諾冠NORGREN氣缸結(jié)合面的研刮一般有兩種方法:
⑴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)合面紅丹的著情況來研刮。這種方法適合結(jié)構剛性強的高壓缸,。
⑵是緊結(jié)合面的螺栓,,根據(jù)塞尺的檢查結(jié)合面的嚴密性,測出數(shù)值及壓出的痕跡,,修刮結(jié)合面,,這種方法可以排除汽缸垂弧對間隙的影響。
2.采用適當?shù)钠酌芊獠牧?br />因汽輪機汽缸密封劑還沒有統(tǒng)一的國家標準和行業(yè)標準,,制作原料和配方也各不相同,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,;在選擇汽輪機汽缸密封劑時,,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,以保證檢修處理后汽缸的嚴密性,。
3.局部補焊的方法
由于汽缸結(jié)合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕,,選用適當?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),。汽缸結(jié)合面變形較大或是漏汽嚴重時,在下缸的結(jié)合面補焊一條或兩條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,,焊前預熱汽缸至150℃,然后在室溫下進行分段退焊或跳焊,。選用奧氏體焊條,,如A407、A412,,焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷,。待冷卻室溫后進行打磨修刮。
4.英國諾冠NORGREN氣缸結(jié)合面的涂鍍或噴涂
當汽缸結(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,。用汽缸做陽極,涂具做陰極,,在汽缸的結(jié)合面上反復涂刷電解溶液,,涂層的厚度要根據(jù)汽缸結(jié)合面間隙的大小而定,涂層的種類要根據(jù)汽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到塑性狀態(tài)后噴射于處理過的汽缸表面,,形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點就是設備簡單,,操作方便涂層牢固,,噴涂后汽缸溫度僅為70℃—80℃不會使汽缸產(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行打磨、除油,、拉毛,,在涂渡和噴涂后要對涂層進行研刮,保證結(jié)合面的嚴密,。
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?shù)男螤?,鋪在結(jié)合面的漏汽處,,再配以汽缸密封劑。如果結(jié)合面的間隙較大,,泄漏嚴重,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.控制螺栓應力的方法
如果汽缸結(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?shù)募哟舐菟ǖ念A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中,,沒有達到推廣,多在螺栓的允許的zui大應力內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗而定,。
7.新時期采用的高分子材料方法
隨著技術的進一步發(fā)展,,高分子復合材料逐漸在氣缸維護中取得了成功的應用。相對于傳統(tǒng)手段相比,,高分子復合材料具有最為優(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,逐漸受到越來越多氣缸企業(yè)的青睞,。