技術(shù)性能的比較

*，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(shí)現(xiàn)免維護(hù),。氣缸擅長作往復(fù)直線運(yùn)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(yùn)。而且,，僅僅調(diào)節(jié)安裝在氣缸兩側(cè)的單向節(jié)流閥就可簡單地實(shí)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(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)場使用電動執(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(yùn)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,。

優(yōu)勢

（1）對使用者的要求較低,。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?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,，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢。

（3）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(yùn)動；由于氣體的可壓縮性和運(yùn)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?dú)庠春蛪嚎s驅(qū)動裝置,。

（3）電動執(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(shí)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,，每個氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換,，進(jìn)行運(yùn)動控制，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(fèi)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(shí)現(xiàn),。因此綜合比較可以看出氣缸在購買及維護(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(yùn)動周期較短（小于1min）的水平往復(fù)運(yùn)動中,，電動執(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(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（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(yùn)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(guān)閉電磁閥即可,，耗電極少,。因此在豎直往復(fù)運(yùn)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(jī)本身效率很高,，但在往復(fù)直線運(yùn)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(shí)際的工作條件,，即安裝方向,、往復(fù)運(yùn)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(jiān)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(yùn)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，氣缸占有較明顯的優(yōu)勢,，但在實(shí)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。現(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。氣缸可以簡單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)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(diǎn)定位控制，而且要對執(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)氣動控制是無法實(shí)現(xiàn)的,，而電動執(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單的運(yùn)動控制,，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動控制的場合,。

市場形勢比較

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,，氣缸已成為國內(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(shí)現(xiàn)高精度多點(diǎn)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)行器即將取代氣缸,，氣缸將退出歷史舞臺的論調(diào)。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為電動執(zhí)行器中電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率高,，而氣缸能量轉(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，還是在中國等新興工業(yè)國家,，氣缸的銷量不僅沒有減少,，而且還在穩(wěn)步地增長。在中國,，近幾年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(yùn)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,，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,，氣缸與電動執(zhí)行器各有特點(diǎn),，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氣缸是不現(xiàn)實(shí)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(diǎn)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