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气动行业内电缸的发展

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大约3年前,电缸在气动行业内悄然兴起,从部分国外气动行业内厂商己悄然发展电缸,来探讨我国气动行业也应注意这一发展动向。至今,形势己更加明朗,虽然气驱动还在继续发展,但电驱动则以更快的速度发展着,并且已有越来越多的气动厂商参与到对电驱动的开发中来。

气驱动与电驱动的优势

电气驱动技术早在1860年开始使用,而100年后气驱动才开始其应用。有趣的是,直至今天,我们仍在对这两种驱动技术进行比较。显然,它们确实各有优劣势。

比较这两种技术,主要是比较其技术特性与成本因素。在驱动控制技术中,有开环控制与闭环控制两种型式。常见的纯粹气驱动主要用于开环控制系统,且多数都设终点为控制点位置。用于闭环控制的气动控制称为气动伺服控制,其控制精度不高(最高精度为0.2mm)。而电驱动同样可分有开环控制与闭环控制,电驱动中的开环控制可设多个位置的控制点,显然比气动开环控制性能优越得多;而用于闭环控制的电驱动,其最高精度为0.02mm,在自动化闭环控制技术中,应用极频繁。除控制方式和精度的差别外,二者可比较的因素还有很多。例如,气驱动的力过载并不损坏驱动器,而电驱动轴受额定力限制,过载时会产生大量热能,烧毁电机,为了防止过热,需增加散热装置(如水冷、风冷或压缩空气冷却)。另外,二者的成本因素也存在较大差距。图为闭环控制中气驱动与电驱动的成本分析(驱动系统中各元件组成成本分析)。

从图表中可看出,成本分析将涉及许多配套部件、传感器、控制器、专用电缆及供能等诸多因素。尽管,伺服气动在闭环控制系统中成本最低,但伺服气动应用情况并不多。而电伺服闭环控制,虽然成本高于伺服气动,但在大多数有精度要求的控制中,还是采用电驱动的居多。需要说明的是,直至今天,开环控制的气驱动凭借价格优势,仍是应用范围最广的控制方式。事实上,每种控制方式都有其合适的应用领城,只是气动厂商为了提供全新的自动化解决方案,将两种技术结合起来,扬长避短,使两种控制技术相得益彰。

气驱动的优势还是成本与创新

众周所知,气驱动操作方便、成本低廉,而且气驱动器非常坚固耐用。尽管压缩空气成本不菲,但比起电驱动的成本还是低了许多。未来气驱动的发展仍要保持这方面的优势,在保证性能的基础上降低成本。例如,德国FESTO公司在相当成熟的ISO 15552气缸标准上,通过优化缸筒外形、减少型材的壁厚材料、改进活塞结构和选用新材料的导向衬套等一系列措施,使气缸成本再降20%,表明气驱动正朝着更低的成本方向发展。与此同时,还要细分市场,根据不同应用需求,采取量身定做的方式,使气缸成本处于最经济状态。气驱动的另一方向是开发模块化的带导向装置的产品,继续完善抓取和放置的模块化系统。

图1 驱动系统中各元件组成成本分析

现代工业发展需要电驱动

电驱动器的特点是精确和灵活。在作用力快速增大且需要精确定位的应用中,电驱动器是理想解决方案。不仅如此,在某些场合,如车间内没有气源、仅需少数几根轴的运动且运行频率又低的状况下,采用电驱动既方便又节能。同时,电驱动结构紧凑;有宽广的规格和种类;既可采用开环控制,也可采用闭环控制;尤其随着电子行业的持续创新和高速发展,电驱动器的价格不断下降,这些无疑都证明了电驱动在自动化领域中有着极强的生命力。诚然,电驱动需满足自动化行业的基本需求和现代工业背景下的特殊要求。在满足工业自动化基本需求方面,其力求简单、紧凑和轻便的设计,快速安装,运行精确,较低的维护费用和较长的保养周期,能快速便捷的购买到易损件的替代品,另外,简单编程己变得越来越重要,这也是自动化用户的一致要求。电驱动需要满足很多特殊要求。首先是采用模块化的电驱动结构,用户在流水线上添置或改变某些功能驱动模块单元,便可达到不同产品或尺寸上的需求,缩短产品上市时间,快速响应市场对小批量产品的需求。

目前电驱动应用非常广泛,ABS气囊的生产、电子元件和精密机械的装配、手机的液晶显示装配线(连接、挤压、传送、定位)、IC领域的测试设备(HP 8300芯片测试设备)、高科技电子元件的自动存储送料(如电脑硬盘的储存及运送)、轿车灯座的生产(送料、装配、最后检验)、有精度要求的抓取与装配(定位、电子元件装配、轻型装配、测试和质量控制、装入货盘)、包装领域(药片的气泡膜包装)及材料抓取和存储(板材的运送、自动堆叠设备)中均有电驱动的身影。

气缸与电缸的模块化

根据对德国FESTO公司气缸与电缸模块化产品的研究,它们的产品己经走在行业前面。这里所指的是气驱动与电驱动己形成模块化框架结构(FESTO称模块化机械手系统)。模块化产品的前提就是联接界面标准化。FESTO公司的气缸与电缸模块化,从设计、制造、包括选用缸筒型材和转接板等,一应都作了全方位考虑。例如,在标准化的采纳上,有杆气缸己有ISO15552国际标准(有与外部连接尺寸的规定数值),FESTO公司新开发的有杆电缸,则也采用ISO15552标准,与公司原产有杆气缸保持一致。对于无杆气缸,由于还未形成ISO国际标准,因此FESTO公司的无杆电缸便直接参照其无杆气缸连接尺寸来设计生产。

因此,在气缸与电缸的互换上,基本己扫清障碍。更值得一提的是,电杆的外壳型材采用与气缸相同型材及转接板,不仅坚持了原气驱动的模块化搭建系统,还扩展了气驱动或电驱动之间的互换、增添或搭建,率先奠定了气驱动与电驱动模块化的框架结构。显而易见,选择气驱动或电驱动的依据是:负载、加速度、定位的位置数和精度等应用需求,选择哪一类系统,将根据行程、空间位置和负载等因素来决定。另外,还要强调的是,如今气动厂商提供纯电动产品及系统已不足为奇。

气驱动和电驱动混搭往往是最佳方案

由气动行业的厂商开发电驱动对现代驱动意义非凡。我们知道,多数第一步的自动化设计是搭建驱动平台,搭建什么样的驱动平台,是气缸?油缸?还是电缸?是齿形带式电缸(带导轨或不带导轨)?还是丝杆形电缸(带导轨或不带导轨)?用步进电机控制?还是用伺服电机控制?这将根据工况条件和需要, 如温度、环境状况、负载惯性矩、工作轨迹、定位位置的数量、定位精度、循环周期、速率、加速度、垂直或水平、同步问题及使用寿命等诸多因素来制定。在驱动技术领域,气动技术并不是总能符合各类驱动要求。而气动厂商提供气驱动或电驱动产品,表明这两种驱动技术在应用中不仅不存在推斥,而且已经形成非常有效的互补。有利于自动化方案选择上的自然性、客观性及必然性。一条流水线上有气驱动和电驱动互搭的情况再正常不过,而且这往往是最佳方案。

综上所述,气动厂商要开发电驱动产品,应使电驱动有一个与气驱动互换联接界面的模块化框架结构,为机电一体化开创一个全新时代。


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