R422001085安沃馳AVENTICS緊湊型氣缸常見(jiàn)故障分析與排除方法
活塞桿端漏氣
 活塞桿安裝偏心
潤(rùn)滑油供應(yīng)不足
活塞密封圈磨損
活塞桿軸承配合面有雜質(zhì)
活塞桿有傷痕
    
重新安裝調(diào)整，使活塞桿不受偏心和橫向負(fù)荷。
檢查油霧器是否失靈。
更換密封圈。
清洗除去雜質(zhì)，安裝更換防塵罩。
更換活塞桿。
缸筒與缸蓋間漏氣
緩沖調(diào)節(jié)處漏氣

活塞兩端串氣
    
活塞密封圈損壞
潤(rùn)滑不良
活塞被卡住，活塞配合面有缺陷。
雜質(zhì)擠入密封面
    
更換密封
檢查油霧器是否失靈
重新安裝調(diào)整，使活塞桿不受偏心和橫向負(fù)荷。
除去雜質(zhì)，采用凈化壓縮空氣。
輸出力不足
動(dòng)作不平穩(wěn)
 東莞市廣聯(lián)自動(dòng)化科技有限公司潤(rùn)滑不良
活塞或活塞桿卡住
供氣流量不足
有冷凝水雜質(zhì)
    
檢查油霧器是否失靈
重新安裝調(diào)整，消除偏心橫向負(fù)荷。
加大連接或管接頭口徑
注意用凈化干燥壓縮空氣，防止水凝結(jié)。
緩沖效果不良
    
緩沖密封圈磨損
調(diào)節(jié)螺釘損壞
汽缸速度太快
    
更換密封圈
更換調(diào)節(jié)螺釘
注意緩沖機(jī)構(gòu)是否適合
損傷
    
活塞桿損壞
    
有偏心橫向負(fù)荷
活塞桿受沖擊負(fù)荷
氣缸的速度太快
    
消除偏心橫向負(fù)荷
沖擊不能加在活塞桿上
設(shè)置緩沖裝置
缸蓋損壞
    
緩沖機(jī)構(gòu)不起作用
    
在外部或回路中設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)
氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器的區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來(lái)看，氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器一直被認(rèn)為是屬于兩個(gè)不同領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)品，但是近年來(lái)，隨著電氣化程度的不斷提高，電動(dòng)執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動(dòng)領(lǐng)域，二者在應(yīng)用中既有競(jìng)爭(zhēng)又相互補(bǔ)充。在本期欄目中，我們將從技術(shù)性能、購(gòu)買和應(yīng)用成本、能源效率、應(yīng)用場(chǎng)合及市場(chǎng)形勢(shì)等幾個(gè)方面來(lái)對(duì)比氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各自的優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)性能
相比電動(dòng)執(zhí)行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡(jiǎn)單，基本可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。氣缸擅長(zhǎng)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，尤其適于工業(yè)自動(dòng)化中最多的傳送要求——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(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于沒(méi)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(chǎng)使用電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器主要用于旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)工況。其優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)時(shí)間快，通過(guò)反饋系統(tǒng)對(duì)速度、位置及力矩進(jìn)行精確控制。但當(dāng)需要完成直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)齒形帶或絲桿等機(jī)械裝置進(jìn)行傳動(dòng)轉(zhuǎn)化，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，而且對(duì)工作環(huán)境及操作維護(hù)人員的專業(yè)知識(shí)都有較高要求。
優(yōu)勢(shì)
（1）對(duì)使用者的要求較低。氣缸的原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝維護(hù)，對(duì)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(shí)，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(gè)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(gè)缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達(dá)2000N，對(duì)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(guò)1000N。顯而易見(jiàn)，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢(shì)。
（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(duì)環(huán)境的要求較高，適應(yīng)性較差。
電缸的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
（1）系統(tǒng)構(gòu)成非常簡(jiǎn)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(gè)系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡(jiǎn)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(gè)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(gè)位置。在精度方面，電缸也具有優(yōu)勢(shì)，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(wú)疑問(wèn)，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(duì)電機(jī)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)；由于氣體的可壓縮性和運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性，即使換向閥與磁性開(kāi)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(wú)從談起了。
AVENTICS在技術(shù)性能方面，本人認(rèn)為電動(dòng)和氣動(dòng)各有所長(zhǎng)，首先電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)勢(shì)主要包括：
（1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。比起氣動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，一個(gè)基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開(kāi)關(guān)、熔斷器和一些電線，易于裝配。
（2）電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動(dòng)執(zhí)行器需要?dú)庠春蛪嚎s驅(qū)動(dòng)裝置。
（3）電動(dòng)執(zhí)行器沒(méi)有“漏氣”的危險(xiǎn)，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動(dòng)執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。
（4）不需要對(duì)各種氣動(dòng)管線進(jìn)行安裝和維護(hù)。
（5）可以無(wú)需動(dòng)力即保持負(fù)載，而氣動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動(dòng)執(zhí)行器在大負(fù)載的情況下，要加裝消音器。
（7）電動(dòng)執(zhí)行器在控制的精度方面更勝。
（8）氣動(dòng)裝置中的通常需要把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為氣信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳遞速度較慢，不宜用于元件級(jí)數(shù)過(guò)多的復(fù)雜回路。
而氣缸的優(yōu)勢(shì)則在于以下4個(gè)方面：
（1）負(fù)載大，可以適應(yīng)高力矩輸出的應(yīng)用（不過(guò)，現(xiàn)在的電動(dòng)執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達(dá)到目前的氣動(dòng)負(fù)載水平了）。
（2）動(dòng)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(dòng)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(shí)電機(jī)容易受損。
購(gòu)買和應(yīng)用成本比較
從總體上來(lái)講，電伺服驅(qū)動(dòng)比氣動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)要貴，但也要因具體要求及場(chǎng)合而定。有些小功率的直流電機(jī)構(gòu)成電動(dòng)滑臺(tái)(電伺服系統(tǒng))實(shí)際上比氣動(dòng)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(shí)，F(xiàn)ESTO公司采用小型電動(dòng)滑臺(tái)、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(jià)格就比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對(duì)于帶活塞桿電缸也是如此。需要說(shuō)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(jià)格要比氣動(dòng)伺服系統(tǒng)高出40%左右。
從購(gòu)買和應(yīng)用成本來(lái)看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)的。對(duì)于氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，每個(gè)氣缸只需配置一個(gè)電磁閥就可完成氣路的切換，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護(hù)簡(jiǎn)單方便，成本也低。
而對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，雖然電能的獲得比較簡(jiǎn)單，能量成本較低，但購(gòu)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(dòng)機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件。同時(shí)使用電動(dòng)執(zhí)行器需要很多保護(hù)措施，錯(cuò)誤的電路連接、電壓的波動(dòng)及負(fù)載的超載都會(huì)對(duì)電驅(qū)動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)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(gè)元件。而且當(dāng)系統(tǒng)需要的驅(qū)動(dòng)力增加時(shí)，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(gòu)買及維護(hù)成本上有較大優(yōu)勢(shì)。
能源效率比較
我們研究的結(jié)果表明，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期較短（小于1min）的水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，電動(dòng)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(dòng)周期較長(zhǎng)（大于1min）時(shí)，氣缸竟然變得更節(jié)能。這首先是由于終端停止時(shí)電動(dòng)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(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)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(dòng)（絲杠轉(zhuǎn)換）中的臺(tái)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(dòng)時(shí)，夾持工件的保持動(dòng)作要求不斷供給電流給電動(dòng)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(dòng)時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢(shì)不是很大。
由上可見(jiàn)，電機(jī)本身效率很高，但在往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動(dòng)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(dòng)周期和負(fù)載率等。
應(yīng)用場(chǎng)合比較
AVENTICS氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個(gè)要求不同的問(wèn)題。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，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(shí)，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器就顯得較適應(yīng)惡劣環(huán)境，而且非常堅(jiān)固耐用。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器容易安裝，能提供典型的抓取功能，價(jià)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(dá)的電驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于要求精確、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(chǎng)合，電驅(qū)動(dòng)器是選擇，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(dòng)系統(tǒng)能夠補(bǔ)充氣動(dòng)系統(tǒng)的不足之處。
從技術(shù)和使用成本的角度來(lái)說(shuō)，氣缸占有較明顯的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際使用中究竟應(yīng)該選用哪種技術(shù)做驅(qū)動(dòng)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(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越精細(xì)，并不是某種驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能。氣缸可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)便捷，同時(shí)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(dòng)執(zhí)行器主要用于需要精密控制的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在自動(dòng)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(duì)執(zhí)行器的運(yùn)行速度及力矩進(jìn)行精確控制或同步跟蹤，這些利用傳統(tǒng)氣動(dòng)控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而電動(dòng)執(zhí)行器就能非常輕松的實(shí)現(xiàn)此類控制。由此可見(jiàn)氣缸比較適用于簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合。
市場(chǎng)形勢(shì)比較
氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自70年代以來(lái)就在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了迅速普及。今天，氣缸已成為國(guó)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(dòng)系統(tǒng)為核心的氣動(dòng)元器件市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到110億美元的規(guī)模。
九十年代開(kāi)始，電機(jī)及其微電子控制技術(shù)迅速發(fā)展，使電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)自動(dòng)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(dòng)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(guó)家，甚至一度出現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器即將取代氣缸，氣缸將退出歷史舞臺(tái)的論調(diào)。因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為電動(dòng)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(guò)去了，電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)并未得到普及，其市場(chǎng)規(guī)模與氣動(dòng)相比還有很大差距。而且，無(wú)論是在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，還是在中國(guó)等新興工業(yè)國(guó)家，氣缸的銷量不僅沒(méi)有減少，而且還在穩(wěn)步地增長(zhǎng)。在中國(guó)，近幾年氣缸銷量的年增長(zhǎng)速度一直維持在20%以上。
如需要科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)兩者，必須采用全生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment）手法，考慮比較制造階段、使用階段、廢棄階段三個(gè)階段的綜合指標(biāo)。具體指標(biāo)有成本、能耗、對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)（主要是排放物等）。譬如成本，電動(dòng)執(zhí)行器在運(yùn)行能耗（使用階段）成本上有優(yōu)勢(shì)，但維護(hù)成本（使用階段）和購(gòu)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(chǎng)合具有一定優(yōu)勢(shì)。
綜合以上分析，我們應(yīng)該看出，氣缸與電動(dòng)執(zhí)行器各有特點(diǎn)，不可單純地用效率的高低來(lái)評(píng)價(jià)其優(yōu)劣。隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行器的成本還會(huì)進(jìn)一步下降，預(yù)期其應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)進(jìn)一步拓廣，但要完自吸無(wú)堵塞排污泵全取代氣缸是不現(xiàn)實(shí)的。
從市場(chǎng)形式來(lái)看，前面己經(jīng)提到若電缸從一開(kāi)始就參照氣缸的外形及安裝連接尺寸生產(chǎn)，是一個(gè)很好的開(kāi)端。而對(duì)于目前還未有ISO標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)桿氣缸和氣動(dòng)滑臺(tái)，則同樣采用相對(duì)應(yīng)的外形及安裝連接尺寸，這個(gè)便利的措施能夠杜絕氣驅(qū)動(dòng)與電驅(qū)動(dòng)在安裝、添置或更換方面無(wú)謂的競(jìng)爭(zhēng)。FESTO公司的電驅(qū)動(dòng)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(dòng)器不是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，而是對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器性能的補(bǔ)充。電驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是精確和靈活。在作用力快速消失和需要精確定位的應(yīng)用場(chǎng)合，電驅(qū)動(dòng)器是無(wú)堵塞自吸排污泵理想的決方案。
因此今后氣缸與電動(dòng)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(huì)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。