德国费斯托FESTO气缸的优势
(1)对使用者的要求较低。德国费斯托FESTO气缸的原理及结构简单,易于安装维护,对于使用者的要求不高。电缸则不同,工程人员必需具备一定的电气知识,否则极有可能因为误操作而使之损坏。
(2)输出力大。德国费斯托FESTO气缸的输出力与缸径的平方成正比;而电缸的输出力与三个因素有关,缸径、电机的功率和丝杆的螺距,缸径及功率越大、螺距越小则输出力越大。一个缸径为50mm的德国费斯托FESTO气缸,理论上的输出力可达2000N,对于同样缸径的电缸,虽然不同公司的产品各有差异,但是基本上都不超过1000N。显而易见,在输出力方面德国费斯托FESTO气缸更具优势。
(3)适应性强。德国费斯托FESTO气缸能够在高温和低温环境中正常工作且具有防尘、防水能力,可适应各种恶劣的环境。而电缸由于具有大量电气部件的缘故,对环境的要求较高,适应性较差。
电缸的优势主要体现在以下3个方面:
(1)系统构成非常简单。由于电机通常与缸体集成在一起,再加上控制器与电缆,电缸的整个系统就是由这三部分组成的,简单而紧凑。
(2)停止的位置数多且控制精度高。一般电缸有低端与之分,低端产品的停止位置有3、5、16、64个等,根据公司不同而有所变化;产品则更是可以达到几百甚至上千个位置。在精度方面,电缸也具有的优势,定位精度可达?0.05mm,所以常常应用于电子、半导体等精密的行业。
(3)柔韧性强。毫无疑问,电缸的柔韧性远远强于德国费斯托FESTO气缸。由于控制器可以与PLC直接进行连接,对电机的转速、定位和正反转都能够实现控制,在一定程度上,电缸可以根据需要随意进行运动;由于气体的可压缩性和运动时产生的惯性,即使换向阀与磁性开关之间配合地再好也不能做到德国费斯托FESTO气缸的准确定位,柔韧性也就无从谈起了。
德国费斯托FESTO气缸在技术性能方面,本人认为电动和气动各有所长,首先电动执行器的优势主要包括:
(1)结构紧凑,体积小巧。比起气动执行器,电动执行器结构相对简单,一个基本的电子系统包括执行器,三位置DPDT开关、熔断器和一些电线,易于装配。
(2)电动执行器的驱动源很灵活,一般车载电源即可满足需要,而气动执行器需要气源和压缩驱动装置。
(3)电动执行器没有“漏气”的危险,可靠性高,而空气的可压缩性使得气动执行器的稳定性稍差。
(4)不需要对各种气动管线进行安装和维护。
(5)可以无需动力即保持负载,而气动执行器需要持续不断的压力供给。
(6)由于不需要额外的压力装置,电动执行器更加安静。通常,如果气动执行器在大负载的情况下,要加装消音器。
(7)电动执行器在控制的精度方面更胜一筹。
(8)气动装置中的通常需要把电信号转化为气信号,然后再转化为电信号,传递速度较慢,不宜用于元件级数过多的复杂回路。
而德国费斯托FESTO气缸的优势则在于以下4个方面:
(1)负载大,可以适应高力矩输出的应用(不过,现在的电动执行器已经逐渐达到目前的气动负载水平了)。
(2)动作迅速、反应快。
(3)工作环境适应性好,特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射和振动等恶劣工作环境中,比液压、电子、电气控制更优越。
(4)行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损。
德国费斯托FESTO气缸的购买和应用成本比较
从总体上来讲,德国费斯托FESTO气缸电伺服驱动比气动伺服驱动要贵,但也要因具体要求及场合而定。有些小功率的直流电机构成电动滑台(电伺服系统)实际上比气动伺服系统要便宜。
德国费斯托FESTO气缸如:当负载为1.5kg、工作行程为80mm、速度在2~170mm/s之间、精度为?0.1mm、加速度2.5m/s2等工况条件时,FESTO公司采用小型电动滑台、控制器、马达电缆、控制电缆、编程电缆以及电源电缆等组成的电伺服系统,德国费斯托FESTO气缸其价格就比气动伺服系统便宜25%。同样,对于带活塞杆电缸也是如此。需要说明的是如果采用交流电机的话,德国费斯托FESTO气缸所组成的电伺服系统的价格要比气动伺服系统高出40%左右。
从购买和应用成本来看,目前德国费斯托FESTO气缸还是具有比较明显的优势的。对于气动系统来说,控制系统及执行机构都非常简单,每个德国费斯托FESTO气缸只需配置一个电磁阀就可完成气路的切换,进行运动控制,德国费斯托FESTO气缸发生故障的概率也比较小,维护简单方便,成本也低。
而对于电动执行器来说,虽然电能的获得比较简单,能量成本较低,但购买及应用成本较高,不仅需要配置电机,还需要一套机械传动机构以及相应的驱动元件。同时使用电动执行器需要很多保护措施,错误的电路连接、电压的波动及负载的超载都会对电驱动器造成损坏,因此需要在电路及机械上加装保护系统,增加了很多额外的费用支出。另外,由于电动执行器驱动单元的参数化设置较多,且集成度高,所以其一旦发生故障,就要更换整个元件。而且当系统需要的驱动力增加时,也要成套更换元件才能实现。因此综合比较可以看出德国费斯托FESTO气缸在购买及维护成本上有较大优势。
能源效率比较
我们研究的结果表明,在往复运动周期较短(小于1min)的水平往复运动中,电动执行器的运行能耗通常低于德国费斯托FESTO气缸的运行能耗,即更节能。而在往复运动周期较长(大于1min)时,德国费斯托FESTO气缸竟然变得更节能。这首先是由于终端停止时电动执行器的控制器通常需要消耗约10W的电力,而德国费斯托FESTO气缸仅有电磁阀耗电和气体泄露,一般低于1W,即终端停止时间越长,对德国费斯托FESTO气缸越有利;其次电机在连续旋转条件下的额定效率可达90%以上,但在直线往复运动(丝杠转换)中的台形加减速旋转条件下的平均效率却不到50%。在竖直往复运动时,夹持工件的保持动作要求不断供给电流给电动执行器以克服重力,而德国费斯托FESTO气缸只需关闭电磁阀即可,耗电极少。因此在竖直往复运动时电动执行器相比德国费斯托FESTO气缸的能耗优势不是很大。
由上可见,电机本身效率很高,但在往复直线运动中考虑其效率下降及控制器的电力消耗,电动执行器未必一定比德国费斯托FESTO气缸节能,具体比较取决于实际的工作条件,即安装方向、往复运动周期和负载率等。