德國費(fèi)斯托FESTO氣缸各項比較

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。

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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?，F(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(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。

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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)。因為人們普遍認(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。