在工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何在機(jī)電式和流體動力式執(zhí)行器間做出選擇

直線執(zhí)行器在各種各樣的產(chǎn)品和工藝流程中都占有舉足輕重的地位，如在工廠自動化、包裝、 醫(yī)療設(shè)備及許多其它領(lǐng)域。直線執(zhí)行器通常分為兩種類型：一種是依靠壓差實(shí)現(xiàn)動作的流體 動力缸，另一種是由電動馬達(dá)驅(qū)動的機(jī)電式執(zhí)行器。采用何種類型的執(zhí)行器對于設(shè)備的性能、 初始安裝成本及生產(chǎn)費(fèi)用至關(guān)重要。本文從正反兩方面分析每種執(zhí)行器的優(yōu)缺點(diǎn)，為客戶選型和應(yīng)用提供一般性指導(dǎo)。

精密直線執(zhí)行器能夠成功應(yīng)用于物料搬運(yùn)、機(jī)械加工制造等應(yīng)用領(lǐng)域。豐富的配置選項(xiàng)和配件讓大多數(shù)應(yīng)用都能夠容易地選擇最合適的執(zhí)行器。

氣動缸的傳統(tǒng)最佳應(yīng)用是輕載在兩點(diǎn)間的前后往復(fù)運(yùn)動，行程的起點(diǎn)和末端由氣缸上的機(jī)械 限位開關(guān)或機(jī)械強(qiáng)制止動部件控制。在這種應(yīng)用中執(zhí)行器到達(dá)行程限位端點(diǎn)時(shí)常發(fā)出“梆梆” 的噪聲，因此常被稱作“梆梆”應(yīng)用。除了端點(diǎn)位置控制外，氣動缸不需對其它運(yùn)動位置進(jìn)行控制。在這類應(yīng)用中，氣動缸具有低初始安裝成本和高速的特點(diǎn)，是簡單運(yùn)動方案應(yīng)用的理想選擇。

化工廠、造紙廠、焊接作業(yè)及戶外應(yīng)用都適合采用精密直線執(zhí)行器。IP65、堅(jiān)固設(shè)計(jì)及高質(zhì) 量部件的使用讓精密直線執(zhí)行器可適用于幾乎任何場合。

液壓缸應(yīng)用于大輸出力場合，相同尺寸下，液壓缸的輸出力大于氣動缸的 25 倍。工作時(shí)液 壓缸的管路壓力通常可達(dá) 2,500 psi，而氣動缸一般只有 90 psi 或更小。同氣動缸一樣，液壓缸的運(yùn)動軌跡復(fù)雜，控制系統(tǒng)昂貴。

整個(gè)精密直線執(zhí)行器系列產(chǎn)品的特點(diǎn)是出力大、速度快、精確，能夠夜以繼日地工作并可以 承受惡劣環(huán)境。

控制運(yùn)動和輸出力  另一方面，隨著設(shè)備的復(fù)雜性、生產(chǎn)力、精確度及安全性的提高，對執(zhí)行器位置、速度或行程內(nèi)輸出力控制的要求也與日俱增。氣缸采用比例控制器和閥門可實(shí)現(xiàn)更精確的控制，但也會大大提高安裝系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，而且會增加系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。空氣的可壓縮性同樣是 氣動缸控制水平的固有限制因素。在需要可控低速的特定應(yīng)用中，氣動缸同樣很難或不可能實(shí)現(xiàn)。

精密直線執(zhí)行器壽命長、免維護(hù)，適用于物料搬運(yùn)、包裝、醫(yī)療和電子工業(yè)中的裝載或卸載應(yīng)用。

能耗   在選擇替代性直線運(yùn)動技術(shù)時(shí)，能耗正逐漸成為重要的考慮因素。流體動力具有在不需施加 額外能量的情況下保持壓力的優(yōu)點(diǎn)。但另一方面，驅(qū)動氣缸的壓縮機(jī)即使在氣缸沒有工作的 情況下依然必須保持不停運(yùn)轉(zhuǎn)?？諝庑孤┰斐傻哪芰繐p耗增加了氣動系統(tǒng)的使用費(fèi)用。一位 食品和飲料工業(yè)的工廠運(yùn)營經(jīng)理指出：“接頭和管道中的氣壓損失令人苦惱。你在管道上的任何形式的泄漏都將花費(fèi)你數(shù)以千計(jì)的鈔票。”

精密直線執(zhí)行器是液壓缸和氣缸的后續(xù)產(chǎn)品。執(zhí)行器具有更清潔、更簡單、能量傳遞更節(jié)能 等優(yōu)點(diǎn)。它們可以更加簡單地集成現(xiàn)代可編程控制器，精度更高，噪聲更小。.

氣動和液壓傳動經(jīng)歷了兩步能量轉(zhuǎn)換過程，造成能量利用率較低。而另一方面，機(jī)電式執(zhí)行 器在大多數(shù)應(yīng)用中可節(jié)約很多能量，因?yàn)橹挥性谒鼈児ぷ鲿r(shí)才消耗能量。滾珠及滾柱絲桿的使用讓機(jī)電式執(zhí)行器的效率更高，通常大于 90%。

潔凈操作   直線執(zhí)行器經(jīng)常被用在需要潔凈操作的應(yīng)用場合，如食品、飲料、包裝、醫(yī)療及電子制造等 工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)使用液壓缸時(shí)，泄漏及所用液壓油的處理都會造成一定的問題。氣缸由于在壓縮空氣時(shí)有油及其它雜質(zhì)的參與，因此同樣存在液壓缸類似的問題。廢氣在向環(huán)境中排放前 一般需要過濾排除雜質(zhì)。而另一方面機(jī)電式執(zhí)行器對環(huán)境只有極小的影響，因此特別適合強(qiáng)調(diào)潔凈操作的應(yīng)用場合。降低車間噪聲對于很多應(yīng)用來說同樣是一個(gè)重要因素。機(jī)電式系統(tǒng)在這個(gè)方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。

精密直線執(zhí)行器是外部導(dǎo)向支撐或旋轉(zhuǎn)負(fù)載的理想定位系統(tǒng)。

在幾乎所有應(yīng)用中，總體擁有成本是一個(gè)重要的考慮因素。流體動力缸在已經(jīng)存在流體動力 源的應(yīng)用中通常具有成本優(yōu)勢，因?yàn)樵黾右粋€(gè)新的軸向運(yùn)動只需要一個(gè)液壓缸或氣缸、閥、 軟管及配件。另一方面，在沒有流體動力源或有流體動力源但必須額外增加動力來處理新的 軸向運(yùn)動的應(yīng)用場合，機(jī)電式執(zhí)行器通常要更為便宜。如前文所述，能耗同樣是考慮總體擁有成本時(shí)的一個(gè)重要因素。用節(jié)約的能量消耗費(fèi)用彌補(bǔ)安裝機(jī)電式執(zhí)行器的初始額外付出所需的時(shí)間對于每個(gè)特定的應(yīng)用來說各有不同，但很少能在一年以內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 機(jī)電式執(zhí)行器還可以簡化設(shè)計(jì)流程，因?yàn)樗绕饸飧谆蛞簤焊赘菀走x型和設(shè)計(jì)。應(yīng)用中確定執(zhí)行器的規(guī)格只需三步：測量負(fù)載，確定負(fù)載循環(huán)，指定伸出和縮回長度。負(fù)載可通過機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件包或安裝在執(zhí)行器上的稱重傳感器測量確定。通過改變減速器傳動比、絲桿、 電機(jī)及可預(yù)測的能夠影響關(guān)鍵操作變量的電子控制參數(shù)，制造商能夠容易地配置機(jī)電式直線執(zhí)行器，滿足客戶的任意應(yīng)用需求。

相比于液壓缸及氣動缸，精密直線執(zhí)行器是一個(gè)更好的選擇，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如更簡單緊 湊的安裝、更容易的控制方式、更低的能量消耗、更高的精度、更少的維護(hù)、更低的噪聲及更清潔健康的環(huán)境等。

總之，三個(gè)主要因素驅(qū)使了從流體動力到機(jī)電式解決方案的轉(zhuǎn)變。第一，機(jī)電式執(zhí)行器通過 提高可控性、縮短設(shè)備轉(zhuǎn)換時(shí)間和提高運(yùn)動精度和可靠性提高了生產(chǎn)力；第二，通過提高能源效率、增加正常運(yùn)行時(shí)間和減少維護(hù)來降低設(shè)備的使用成本；第三，機(jī)電式系統(tǒng)比流體動力系統(tǒng)更清潔和安靜。機(jī)電式執(zhí)行器供應(yīng)商能夠幫助原始設(shè)備制造商平衡成本、性能和可靠性，為應(yīng)用選擇理想的執(zhí)行器。