王亞波
SMC氣缸類型CDJ2B16-35Z-B易于調(diào)整位置
CDM2C32-50Z-NV-M9BW
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(gòu)成電動滑臺(電伺服系統(tǒng))實際上比氣動伺服系統(tǒng)要。
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),其就比氣動伺服系統(tǒng)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的。對于氣動系統(tǒng)來說,控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(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(yīng)用成本較高,不僅需要配置電機,還需要一套機械傳動機構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動元件。同時電動執(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(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。
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,氣缸竟然變得更節(jié)能。這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(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)行器相比氣缸的能耗不是很大。
由上可見,電機本身效率很高,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(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,且操作方便。
在作用力快速增大且需要定位的情況下,帶伺服馬達的電驅(qū)動器具有。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(shù)和成本的角度來說,氣缸占有較明顯的,但在實際中究竟應(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,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。氣缸可以簡單的實現(xiàn)快速直線循環(huán)運動,結(jié)構(gòu)簡單,維護便捷,同時可以在各種惡劣工作環(huán)境中,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。
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,氣缸已成為內(nèi)外工業(yè)領(lǐng)域中PTP(PointToPoint)搬運的主流執(zhí)行器,以氣缸驅(qū)動系統(tǒng)為核心的氣動元器件已達到110億美元的。
九十年代開始,電機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)用的擴大。
九十年代末期,日本等主要工業(yè)發(fā)達家,甚一度出現(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)。因為人們普遍認為電動執(zhí)行器中電機的能量轉(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,其與氣動相比還有很大差距。而且,無論是在工業(yè)發(fā)達家,還是在等新興工業(yè)家,氣缸的不僅沒有減少,而且還在穩(wěn)步地增長。在,近幾年氣缸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、階段、廢棄階段三個階段的綜合指標。具體指標有成本、能耗、對環(huán)境的負擔(主要是排放物等)。譬如成本,電動執(zhí)行器在運行能耗(階段)成本上有,但維護成本(階段)和購置成本(制造階段)都比氣缸要高得多,在該指標上的比較應(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。
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,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)行器的成本還會進一步下降,預(yù)期其應(yīng)用領(lǐng)域還會進一步拓廣,但要完自吸無堵塞排污泵全取代氣缸是不現(xiàn)實的。
從形式來看,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,是一個很好的開端。而對于目前還未有ISO標準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)動器的*補充。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。
SMC氣缸類型CDJ2B16-35Z-B易于調(diào)整位置