电缸与气缸的运行能耗分析
气缸驱动系统自20世纪70年代以来就在工业化领域得到了迅速普及. 气缸适用于作往复直线运动,尤其适用于工件直线搬运的场合.20世纪90年代开始,电机和微电子控制技术迅速发展,使电动执行器的应用迅速扩大.在气动执行器和电动执行器的选择上,特别是在工业自动化需求最多的PTP输送场合,一直没有充足的数据来论述两者选择标准. 本文从运行能耗的角度探讨两种执行器的能量消耗问题.
能耗评价方法
气动执行器运行消耗的是压缩空气. 压缩空气输送过程中,经过节流阀、管道弯头等阻性元件后,会有一定的压力损失. 另外由于工厂普遍存在接头、气缸或电磁阀处的空气泄露. 尽管安装时的泄漏量标准低于5%,但很多工厂的泄漏量10%～40% . 泄露也将导致一定的压力损失。气动执行器消耗的是压缩空气,需要将消耗压缩空气转化为压缩机的耗电. 而电动执行器可采用直接测量得到耗电量,因此可将两种执行器在相同工况下的耗电量作为能耗评价依据.
耗能过程
图一气动执行器耗电过程
图二 电动执行器耗电过程
测量气动执行器耗能流程
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气动执行器的空气消耗量测量流程: ①打开截止阀,向储气罐中充满0.
75MPa 的压缩空气;②关闭截止阀,读取储气罐的压力,检查是否压力下降,以防空气泄露; ③设定减压阀的压力为0. 5MPa,气动执行器往复动作20次; ④读取储气 罐的最终压力,结束测量.系统中压缩空气消耗是一个固定容腔充放气
的过程,可利用差压法来计算压缩空气的消耗量.
气动执行器的运行能耗计算模型
设空压机组(含冷干机)的实际运行功率为Pc (W) ,空压机组的输出流量为Qc (m3 / s) , 则空压机组的比能量为Qc
Pc =α，则气动执行器每次往复作动耗气折算成压缩机的能耗W 和平均消耗功率P 为W=β
α-11*V (J), P = W f (W ). 式中,β为空气泄漏率; f 为执行器往复作动频率. V 1为气动执行器的空气消耗量m3 ，其中V RT p p V *0
)21(1ρ-=。V 为气罐和管路的所有容积(m3 ) ; T 为室温( K) ;R 为气体常数,对空气R = 287N ·m / ( kg ·K): ρ0 为标准状况下空气的密度. p1 为气罐的初始压力( Pa ) ; p2 为气罐的最终压力( Pa) .
电动执行器的运行能耗计算方法
测定方法. 利用电力计测量电动执行器和控制器在工作时每秒钟的功率. 测量结果通过A /D 板卡传送到PC 并保存起来,利用积分的方法,将工作时间内的功率曲线进行积分就得到电动执行器工作这段时间所消耗的电量.
气动执行器与电动执行器的运行能耗实验结果
通过实验我们可以清楚的看到两种执行器在相同工况的情况下，每次往返运动
的能耗对比图。
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图三气动和电动执行器水平方向作动时W曲线
图四气动和电动执行器垂直方向作动时W曲线
从图三、图四中可以看出, 在水平和垂直方向,气动执行器搬运工件时, W 几乎
不依赖于f,各测试点的连线接近水平直线. 由于它的能耗只与空气消耗量有关,它在待机或保持压力时除少许泄露外没有消耗,每次消耗量近似相等,因此,气动执
行器每次往复能耗在各种频率下近似相等.电动执行器在水平和垂直方向W 受f
影响很大,各测试点的连线成倾斜向下曲线. 随着f的增加,W 减少.电动执行器在待机状态也有消耗, f越高, 待机能耗越少, 电动执行器的效率就越高.
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本人不是气动专业，也懂一点点。介绍的不好还望海涵。
楼主说的两种动力是大同小异的产品，首先来说说气缸，气缸这种产品在市面上用了几十年了，很是成熟的产品，用得很广泛的一种产品。
气缸种类很多，比如无杆磁偶气缸，就是一根不锈钢气缸套里面是个强磁活塞，活塞上有密封圈，没有气缸推杆，缸套外也是一组强磁铁套，里外相互吸，形成里外同步运动。就叫磁偶无杆气缸，这种气缸的优点是，行程大。速度快，缺点是磁性力有限，不好做成大推拉力的无杆气缸。制造成本高。
普通气缸好处是经济实用而且常用。成本低，技术成熟。推力大，大型气缸能达到好几十吨，缺点是伸缩杆不能受大的侧向力，配合导轨使用。气缸都是电磁阀或气动控制阀来控制伸缩动作，由于高压空气的不稳定性，气缸难以精密控制，对于普通要求不高的场合实用，气缸在工作时是耗高压空气的，所以空压机种较耗能的设备，空压机不停的工作来保证气压的稳定。气缸也会因负荷大小影响气缸工作速度和稳定性。一般气缸行程调节用限位块，减速时要加缓冲器，减少冲击力，所以气缸这套组装下来结构也算有点复杂。再者气动密封是很关键的部分，密封圈容易老化磨损。使用寿命因环境和使用频率而定。
我在说说电缸，这是最近几年的产物，是根据机床常用的滚珠丝杠滑台的原理借鉴而生的产品。电缸好处是控制精密度高。但造价高昂，高要求的环境使用较好，控制器复杂，有伺服驱动，步进马达驱动等等，可以用程序控制电缸的动作及行程。不用限位缓冲什么的了。动作形成完全有控制器来控制。
现在很多注塑机都是用伺服电缸驱动，节约能源，推力大，大功率的能达到上百吨的顶出力。所以电缸也是未来的一种趋势，目前电缸成较高，一台几千到上几十万。行程不能做太长
电缸与气缸的性能比较
以气缸为代表的气动执行器在工业自动化领域发挥着重要的作用。而在能源问题突出，国家又提倡建设绿色环保生产线的今天，气动执行器效率偏低，运行能耗成本高昂等问题引起了人们的关注。相对于气动执行器，电动执行器具有能量转化率高，运行成本低等优点。现在企业已意识到能耗问题并开始采取积极有效的措施来降低系统的能耗，而执行器的选择问题就是实施节能的关键一环。我公司全新推出的电动执行器产品具有结构紧凑，防水防尘的特性，可方便的组成电缸，长行程电磁铁，直线滑台等执行器，替代传统的气缸，电磁铁等产品，并且在保证可靠性的前提下，与国外企业生产的电动执行器在价格上具有绝对的优势。我公司自主研发的电动执行器具有以下特性：
1.免维护，安装简便
我公司生产的电缸从一开始就参照气缸的外形及安装连接尺寸生产，而对于目前还未有ISO标准的无杆气缸和气动滑台，则采用相对应的外形及安装连接尺寸，这种便利的措施能够杜绝气驱动与电驱动在安装，添置或更换方面给工程师带来的不必要的麻烦，间接提高了企业的生产效率。也无需对各种气动管进行安装维护。
2.低噪音
气缸使用压缩气体，并通过控制电磁阀的通断来使气缸做往复直线运动。在换气过程中必然会产生较大的声音而电缸是通过电能来驱动电机工作，无需额外的压力装置，在运动过程中可以做到零噪声。
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3.使用方便
电动执行器的驱动源很灵活，一般开关电源电源或220V市电即可满足需要，而气动执行器需要气源和压缩驱动装置。在驱动方面如下图所示为宁波力驱自动
化研发生产的PowerDrive系列驱动器
PowerDrive系列驱动器
4.运行稳定
电动执行器没有“漏气”的危险，通过相匹配的驱动器来驱动电机运动，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。
电缸原理：电缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制；实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。
特点
电缸特点：闭环伺服控制，控制精度达到；精密控制推力，增加压力传感器，控制精度可达1%；很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单。电缸可以在恶劣环境下无故障，防护等级可以达到IP66。长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。所以可以广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。低成本维护：电缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。液压缸和气缸的最佳替代品：电缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。配置灵活性：可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件：安装前法兰，后法兰，侧面法兰，尾部铰接，耳轴安装，导向模块等；可以与伺服电机直线安装，或者平行安装；可以增加各式附件：限位开关，行星减速机，预紧螺母等；驱动可以选择交流制动电机，直流电机，步进电机，伺服电机.
电动缸的内置结构和优点
电动缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，介绍下电动缸的内置结构和详细的优点:
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电动缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。
电动缸的内部结构：行星滚柱丝杆，滚柱丝杆，梯形丝杆，防反转装置
驱动电机类型：步进电机，伺服电机，直流电机，交流电机
电动缸的优点有如下几点：
1.电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。
2.可以提供非常灵活的安装配置，全系列的安装组件，可以与伺服电机直线安装，或者平行安装，配置灵活。
3.电动缸可以完全替代液压缸和气缸，并且实现环境更环保，更节能，更干净的优点，很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。
4.很容易与PLC等控制系统连接，实现高精密运动控制。噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单。
5.长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。
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广泛的应用在造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。
力驱自动化EC电缸简介
电缸是采用电机与控制器，产生一定推力的直线运动的产品。与传统气缸相比，电缸充分发挥了电机的精确位置控制，精确速度控制以及精确推力控制的优势。同时具有低噪音，低振动，高速，节能，可任意加入中间定位点，超长寿命等特点。并且可以在恶劣环境下无故障连续工作，防护等级可以达到IP67.在机械自动化行业，电子行业，汽车行业，如果电缸与控制器连接使用，可以替代液压缸和气缸。
随着工业自动化的进一步发展，电缸的需求将越来越大，但由于受技术及可靠性的限制，国内生产的电缸市场占有率极低，绝大多数都是靠进口。如德国FESTO，日本的IAI，SMC,DYADIC生产的电缸占据了80%以上的市场。由于电子
控制技术的发展，自动化流水线的控制速度越来越快、精度要求也越来越高。而电缸恰恰能满足这些要求。如下图所示为宁波力驱自动化研发生产的EC系列电缸。该产品结构紧凑，防水防尘，可方便的替代传统的气缸等产品。该电缸采用了创新结构的设计，不但省去了传统气缸的管路和电磁阀，没有漏气和维护的烦恼，并且通过速度的实时控制，消除了传统气缸的振动问题，运行能耗仅为气缸的1/2,配合PowerDrive驱动器系列产品，更可实现速度，定位的精确控制。
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