美國AMERICAN氣缸的基本概念：內燃機缸體上安放活塞的空腔。是活塞運動的軌道，燃氣在其中燃燒及膨脹，通過氣缸壁還能散去一部分燃氣傳給的爆發餘熱，使發動機保持正常的工作溫度。美國AMERICAN氣缸的型式有整體式和單鑄式。單鑄式又分為幹式和濕式兩種。美國AMERICAN氣缸和缸體鑄成一個整體時稱整體式氣缸;氣缸和缸體分別鑄造時，單鑄的氣缸筒稱為氣缸套。氣缸套與冷卻水直接接觸的稱作濕式氣缸套;不與冷卻水直接接觸的稱作幹式氣缸套。為了保持氣缸與活塞接觸的嚴密性，減少活塞在其中運動的摩擦損失，氣缸內壁應有較高的加工精度和的形狀尺寸。美國AMERICAN氣缸的結構：氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞杆和密封件等組成，其內部結構所示：1）缸筒缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩的往複滑動，缸筒內表麵的表麵粗糙度應達到Ra0.8μm。氣缸活塞上采用組合密封圈實現雙向密封，活塞與活塞杆用壓鉚鏈接，不用螺母。2）端蓋端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩衝機構。杆側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞杆處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。杆側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞杆上少量的橫向負載，減小活塞杆伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量並防鏽，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。活塞上的耐磨環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。滑動部分太短，易引起早期磨損和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅製成的。4）活塞杆活塞杆是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表麵經鍍硬鉻處理、或使用不鏽鋼、以防腐蝕，並提高密封圈的耐磨性。5）密封圈回轉或往複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、螺紋聯接型、法蘭型、拉杆型。6）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。美國AMERICAN氣缸的故障解決方案：1.汽缸變形較大或漏汽嚴重的結合麵，采用研刮結合麵的方法如果上缸結合麵變形在0.05mm範圍內，以上缸結合麵為基準麵，在下缸結合麵塗紅丹或是壓印藍紙，根據痕跡研刮下缸。如果上缸的結合麵變形量大，在上缸塗紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平。或是采取機械加工的方法把上缸結合麵找平，再以上缸為基準研刮下缸結合麵。美國AMERICAN氣缸結合麵的研刮一般有兩種方法：⑴是不緊結合麵的螺栓，用千斤頂微微推動上缸前後移動，根據下缸結合麵紅丹的著情況來研刮。這種方法適合結構剛性強的高壓缸。⑵是緊結合麵的螺栓，根據塞尺的檢查結合麵的嚴密性，測出數值及壓出的痕跡，修刮結合麵，這種方法可以排除汽缸垂弧對間隙的影響。2.采用適當的汽缸密封材料因汽輪機汽缸密封劑還沒有統一的國家標準和行業標準，製作原料和配方也各不相同，產品質量參差不齊；在選擇汽輪機汽缸密封劑時，就要選在行業內有口碑，產品質量有保證的正規生產廠家，以保證檢修處理後汽缸的嚴密性。3.局部補焊的方法由於美國AMERICAN氣缸結合麵被蒸汽衝刷或腐蝕出溝痕，選用適當的焊條把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結合麵在同一平麵內。汽缸結合麵變形較大或是漏汽嚴重時，在下缸的結合麵補焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然後用平尺或是扣上缸測量，並塗紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡單，焊前預熱汽缸至150℃，然後在室溫下進行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊後用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫後進行打磨修刮。4.汽缸結合麵的塗鍍或噴塗當汽缸結合麵大麵積漏汽，間隙在0.50mm左右時，為了減少研刮的工作量，可用塗鍍的工藝。用汽缸做陽極，塗具做陰極，在汽缸的結合麵上反複塗刷電解溶液，塗層的厚度要根據汽缸結合麵間隙的大小而定，塗層的種類要根據汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴塗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後噴射於處理過的汽缸表麵，形成一層具有所需性能的塗層方法。其特點就是設備簡單，操作方便塗層牢固，噴塗後汽缸溫度僅為70℃—80℃不會使汽缸產生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的塗層。注意的是在塗渡和噴塗前都要對缸麵進行打磨、除油、拉毛，在塗渡和噴塗後要對塗層進行研刮，保證結合麵的嚴密。5.結合麵加墊的方法如果結合麵的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網經熱處理使其硬度降低，然後剪成適當的形狀，鋪在結合麵的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結合麵的間隙較大，泄漏嚴重，可在上下結合麵開寬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，並可用同等形狀的不鏽鋼墊片做以調整。6.控製螺栓應力的方法如果美國AMERICAN氣缸結合麵的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當的加大螺栓的預緊力。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，控製螺栓的預緊力可用公式d/L≤A來計算，但由於此計算的數據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大應力內根據經驗而定。7.新時期采用的高分子材料方法隨著技術的進一步發展，高分子複合材料逐漸在氣缸維護中取得了成功的應用。相對於傳統手段相比，高分子複合材料具有較為優異的耐溫性能，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麵的密封；加之易於清除，使用過的密封麵可以用無水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著於密封麵；由於其優異的性能，逐漸受到越來越多氣缸企業的青睞。美國AMERICAN氣缸的技術性能：*，相比電動執行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現免維護。氣缸擅長作往複直線運動，尤其適於工業自動化中zui多的傳送要求——工件的直線搬運。而且，僅僅調節安裝在美國AMERICAN氣缸兩側的單向節流閥就可簡單地實現穩定的速度控製，也成為氣缸驅動係統zui大的特征和優勢。所以對於沒有多點定位要求的用戶，絕大多數從使用便利性角度更傾向於使用氣缸。目前工業現場使用電動執行器的應用大部分都是要求高精度多點定位，這是由於用美國AMERICAN氣缸難以實現，退而求其次的結果。而電動執行器主要用於旋轉與擺動工況。其優勢在於響應時間快，通過反饋係統對速度、位置及力矩進行控製。但當需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲杆等機械裝置進行傳動轉化，因此結構相對較為複雜，而且對工作環境及操作維護人員的專業知識都有較高要求。美國AMERICAN氣缸的優勢：（1）對使用者的要求較低。氣缸的原理及結構簡單，易於安裝維護，對於使用者的要求不高。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、電機的功率和絲杆的螺距，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，對於同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產品各有差異，但是基本上都不超過1000N。顯而易見，在輸出力方麵氣缸更具優勢。（3）適應性強。氣缸能夠在高溫和低溫環境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應各種惡劣的環境。而電缸由於具有大量電氣部件的緣故，對環境的要求較高，適應性較差。美國AMERICAN氣缸的優勢主要體現在以下3個方麵：（1）係統構成非常簡單。由於電機通常與缸體集成在一起，再加上控製器與電纜，電缸的整個係統就是由這三部分組成的，簡單而緊湊。（2）停止的位置數多且控製精度高。一般電缸有低端與之分，低端產品的停止位置有3、5、16、64個等，根據公司不同而有所變化；產品則更是可以達到幾百甚至上千個位置。在精度方麵，電缸也具有的優勢，定位精度可達¡0.05mm，所以常常應用於電子、半導體等精密的行業。（3）柔韌性強。毫無疑問，電缸的柔韌性遠遠強於氣缸。由於控製器可以與PLC直接進行連接，對電機的轉速、定位和正反轉都能夠實現控製，在一定程度上，電缸可以根據需要隨意進行運動；由於氣體的可壓縮性和運動時產生的慣性，即使換向閥與磁性開關之間配合地再好也不能做到美國AMERICAN氣缸的準確定位，柔韌性也就無從談起了。在技術性能方麵，本人認為電動和氣動各有所長，首先電動執行器的優勢主要包括：（1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動執行器，電動執行器結構相對簡單，一個基本的電子係統包括執行器，三位置DPDT開關、熔斷器和一些電線，易於裝配。（2）電動執行器的驅動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執行器需要氣源和壓縮驅動裝置。（3）電動執行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執行器的穩定性稍差。（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，而氣動執行器需要持續不斷的壓力供給。（6）由於不需要額外的壓力裝置，電動執行器更加安靜。通常，如果氣動執行器在大負載的情況下，要加裝消音器。（7）電動執行器在控製的精度方麵更勝*。（8）氣動裝置中的通常需要把電信號轉化為氣信號，然後再轉化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用於元件級數過多的複雜回路。而美國AMERICAN氣缸的優勢則在於以下4個方麵：（1）負載大，可以適應高力矩輸出的應用（不過，現在的電動執行器已經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境中，比液壓、電子、電氣控製更*。（4）行程受阻或閥杆被紮住時電機容易受損。購買和應用成本比較從總體上來講，電伺服驅動比氣動伺服驅動要貴，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台(電伺服係統)實際上比氣動伺服係統要便宜。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，FESTO公司采用小型電動滑台、控製器、馬達電纜、控製電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服係統，其價格就比氣動伺服係統便宜25%。同樣，對於帶活塞杆電缸也是如此。需要說明的是如果采用交流電機的話，所組成的電伺服係統的價格要比氣動伺服係統高出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勢的。對於氣動係統來說，控製係統及執行機構都非常簡單，每個氣缸隻需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換，進行運動控製，氣缸發生故障的概率也比較小，維護簡單方便，成本也低。而對於電動執行器來說，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動元件。同時使用電動執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動器造成損壞，因此需要在電路及機械上加裝保護係統，增加了很多額外的費用支出。另外，由於電動執行器驅動單元的參數化設置較多，且集成度高，所以其一旦發生故障，就要更換整個元件。而且當係統需要的驅動力增加時，也要成套更換元件才能實現。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勢。能源效率比較色多多导航下载研究的結果表明，在往複運動周期較短（小於1min）的水平往複運動中，電動執行器的運行能耗通常低於美國AMERICAN氣缸的運行能耗，即更節能。而在往複運動周期較長（大於1min）時，氣缸竟然變得更節能。這首先是由於終端停止時電動執行器的控製器通常需要消耗約10W的電力，而美國AMERICAN氣缸僅有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低於1W，即終端停止時間越長，對氣缸越有利；其次電機在連續旋轉條件下的額定效率可達90%以上，但在直線往複運動（絲杠轉換）中的台形加減速旋轉條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往複運動時，夾持工件的保持動作要求不斷供給電流給電動執行器以克服重力，而氣缸隻需關閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往複運動時電動執行器相比氣缸的能耗優勢不是很大。由上可見，電機本身效率很高，但在往複直線運動中考慮其效率下降及控製器的電力消耗，電動執行器未必一定比美國AMERICAN氣缸節能，具體比較取決於實際的工作條件，即安裝方向、往複運動周期和負載率等。應用場合比較氣動係統和電動係統並不互相排斥。相反，這隻是一個要求不同的問題。氣動驅動器的優勢顯而易見，當麵臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環境條件時，氣動驅動器就顯得較適應惡劣環境，而且非常堅固耐用。氣動驅動器容易安裝，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，帶伺服馬達的電驅動器具有優勢。對於要求、同步運轉、可調節和規定的定位編程的應用場合，電驅動器是的選擇，帶閉環定位控製器的伺服或步進馬達所組成的電驅動係統能夠補充氣動係統的不足之處。從技術和使用成本的角度來說，美國AMERICAN氣缸占有較明顯的優勢，但在實際使用中究竟應該選用哪種技術做驅動控製，還是應從多方因素進行綜合考量。現代控製中各種係統越來越複雜、越來越精細，並不是某種驅動控製技術就可滿足係統的多種控製功能。美國AMERICAN氣缸可以簡單的實現快速直線循環運動，結構簡單，維護便捷，同時可以在各種惡劣工作環境中使用，如有防爆要求、多粉塵或潮濕的工況。電動執行器主要用於需要精密控製的應用場合，現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，執行器需要進行多點定位控製，而且要對執行器的運行速度及力矩進行控製或同步跟蹤，這些利用傳統氣動控製是無法實現的，而電動執行器就能非常輕鬆的實現此類控製。由此可見美國AMERICAN氣缸比較適用於簡單的運動控製，而電執行器則多用於精密運動控製的場合。市場形勢比較氣缸驅動係統自70年代以來就在工業自動化領域得到了迅速普及。今天，氣缸已成為國內外工業生產領域中PTP（PointToPoint）搬運的主流執行器，以氣缸驅動係統為核心的氣動元器件市場規模已達到110億美元的規模。九十年代開始，電機及其微電子控製技術迅速發展，使電動執行器在工業自動化中的應用成為可能。而且，半導體產業的興起也直接促進了能實現高精度多點定位的電動執行器在工業領域應用的擴大。九十年代末期，日本等主要工業發達國家，甚至一度出現了電動執行器即將取代氣缸，氣缸將退出曆史舞台的論調。因為人們普遍認為電動執行器中電機的能量轉換效率高，而氣缸能量轉換效率較低，低效的產品必將被淘汰出局。然而，十年過去了，電動執行器在工業現場並未得到普及，其市場規模與氣動相比還有很大差距。而且，無論是在工業發達國家，還是在中國等新興工業國家，氣缸的銷量不僅沒有減少，而且還在穩步地增長。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、客觀地評價兩者，必須采用全生命周期評價（LifeCycleAssessment）手法，考慮比較製造階段、使用階段、廢棄階段三個階段的綜合指標。具體指標有成本、能耗、對環境的負擔（主要是排放物等）。譬如成本，電動執行器在運行能耗（使用階段）成本上有優勢，但維護成本（使用階段）和購置成本（製造階段）都比氣缸要高得多，在該指標上的比較應建立在所有成本的總和上。在總成本上，色多多导航下载的研究結果表明，氣缸在大多數工業應用場合具有一定優勢。綜合以上分析，色多多导航下载應該看出，美國AMERICAN氣缸與電動執行器各有特點，不可單純地用效率的高低來評價其優劣。隨著電氣技術的發展，電動執行器的成本還會進一步下降，預期其應用領域還會進一步拓廣，但要完自吸無堵塞排汙泵全取代氣缸是不現實的。從市場形式來看，前麵己經提到若電缸從一開始就參照美國AMERICAN氣缸的外形及安裝連接尺寸生產，是一個很好的開端。而對於目前還未有ISO標準的無杆氣缸和氣動滑台，則同樣采用相對應的外形及安裝連接尺寸，這個便利的措施能夠杜絕氣驅動與電驅動在安裝、添置或更換方麵無謂的競爭。FESTO公司的電驅動產品包含了300多種可自由組合的抓取模塊和多軸係統。在美國AMERICAN，電驅動器不是氣動驅動器的競爭產品，而是對氣動驅動器性能的補充。電驅動器的特點是和靈活。在作用力快速消失和需要定位的應用場合，電驅動器是無堵塞自吸排汙泵理想的決方案。因此今後氣缸與電動執行器的發展應該是處於非常良性狀況和互補的，也一定會按照這兩門技術自身的科學自然發展規律發展。
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