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英國諾冠NORGREN氣缸原廠價發(fā)展歷程
氣缸原理源于大炮。
1680年，荷蘭科學家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā)，心想如將炮彈的強大力量用來推動其它機械不是挺好嗎？他一開始仍用作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開一個單向閥。他在氣缸內注入，當點燃后，猛烈地爆炸燃燒，推動活塞向上運動，并產(chǎn)生動力。同時，爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動活塞向下運動，以準備進行下一次爆炸。當然，由于行程過長，效率太低，他zui終沒有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內燃機”的設想，后人在此基礎上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動機。
早期汽車使用單缸機
汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當年設計制造汽車時，他們不約而同地只用了一個氣缸的發(fā)動機。就像我們認為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發(fā)動機一樣，估計當時的人們也不會想象出還會用兩個氣缸或更多氣缸的發(fā)動機。然而現(xiàn)在不同了，先別說發(fā)達國家，看看國內汽車廣告就會發(fā)現(xiàn)，不少廠家總拿發(fā)動機的氣缸數(shù)目和排列形式來說事，賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機而非三缸，用v6發(fā)動機的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實起到了很大效果，不少車迷已認同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動機是高級發(fā)動機”等概念。國產(chǎn)車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動機。
單缸發(fā)動機的曲軸每轉兩周才能產(chǎn)生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽起來也不連續(xù)順暢，聽一聽小排量摩托車的聲音就知道了。zui為不能讓人接受的是它的運轉極不平穩(wěn)，轉速波動較大，而且單缸發(fā)動機的外形也不適合裝在汽車上。為此，汽車上已見不到單缸發(fā)動機上，兩缸機也不好找了，zui少是3缸發(fā)動機。國內生產(chǎn)的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機。
1升以下的微型車上多用3缸機，1升至2升的發(fā)動機一般采用4缸或5缸機。2升以上的發(fā)動機大多為6缸，4升以上的發(fā)動機使用8缸的占絕大多數(shù)。
在相同排量的情況下，增加氣缸數(shù)可以提高發(fā)動機的轉速，從而可以提高發(fā)動機的輸出功率。另外，增加氣缸數(shù)可以使發(fā)動機運轉更平穩(wěn)，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數(shù)可以使氣車更容易起動，加速響應性更好。為了提高氣車的性能，必須增加氣缸數(shù)。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數(shù)都在6缸以上，zui多者已達到16缸。
但是，英國諾冠NORGREN氣缸原廠價數(shù)的增加不能無限制。因為隨著氣缸數(shù)的增加，發(fā)動機的零部件數(shù)也成比例地增加，從而使發(fā)動機結構復雜，降低發(fā)動機的可靠性，增加發(fā)動機重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發(fā)動機的體積變大。因此，氣車發(fā)動機的氣缸數(shù)都是根據(jù)發(fā)動機的用途和性能要求，在權衡各種利弊之后做出的合適選擇。
直列發(fā)動機（line engine），它的所有氣缸均肩并肩排成一個平面，它的缸體和曲軸結構簡單，而且使用一個氣缸蓋，制造成本較低，穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應用比較廣泛。其缺點是功率較低。“直列”可用l代表，后面加上氣缸數(shù)就是發(fā)動機代號，現(xiàn)代汽車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動機。
英國諾冠NORGREN氣缸的結構：
氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成，其內部結構如圖所示：
1）缸筒
缸筒的內徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內做平穩(wěn)的往復滑動，缸筒內表面的表面粗糙度應達到Ra0.8μm。
氣缸活塞上采用組合密封圈實現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。
2）端蓋
端蓋上設有進排氣通口，有的還在端蓋內設有緩沖機構。桿側端蓋上設有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內。桿側端蓋上設有導向套，以提高氣缸的導向精度，承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導向套通常使用燒結含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。
3）活塞
活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導向性，減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來決定?；瑒硬糠痔蹋滓鹪缙谀p和卡死。活塞的材質常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。
4）活塞桿
活塞桿是氣缸中zui重要的受力零件。通常使用高碳鋼、表面經(jīng)鍍硬鉻處理、或使用不銹鋼、以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。
5）密封圈
回轉或往復運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。
缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：
整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。
6）英國諾冠NORGREN氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。
氣缸與電動執(zhí)行器的區(qū)別
從傳統(tǒng)觀念來看，英國諾冠NORGREN氣缸與電動執(zhí)行器一直被認為是屬于兩個*不同領域的自動化產(chǎn)品，但是近年來，隨著電氣化程度的不斷提高，電動執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動領域，二者在應用中既有競爭又相互補充。在本期欄目中，我們將從技術性能、購買和應用成本、能源效率、應用場合及市場形勢等幾個方面來對比氣缸與電動執(zhí)行器各自的優(yōu)勢
英國諾冠NORGREN氣缸的技術性能：
*，相比電動執(zhí)行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現(xiàn)免維護。氣缸擅長作往復直線運動，尤其適于工業(yè)自動化中zui多的傳送要求——工件的直線搬運。而且，僅僅調節(jié)安裝在氣缸兩側的單向節(jié)流閥就可簡單地實現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅動系統(tǒng)zui大的特征和優(yōu)勢。所以對于沒有多點定位要求的用戶，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)場使用電動執(zhí)行器的應用大部分都是要求高精度多點定位，這是由于用氣缸難以實現(xiàn)，退而求其次的結果。
而電動執(zhí)行器主要用于旋轉與擺動工況。其優(yōu)勢在于響應時間快，通過反饋系統(tǒng)對速度、位置及力矩進行精確控制。但當需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲桿等機械裝置進行傳動轉化，因此結構相對最為復雜，而且對工作環(huán)境及操作維護人員的專業(yè)知識都有較高要求。
英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢：
（1）對使用者的要求較低。氣缸的原理及結構簡單，易于安裝維護，對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，否則極有可能因為誤操作而使之損壞。
（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因素有關，缸徑、電機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。一個缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達2000N，對于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產(chǎn)品各有差異，但是基本上都不超過1000N。顯而易見，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢。
（3）適應性強。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，對環(huán)境的要求較高，適應性較差。
英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：
（1）系統(tǒng)構成非常簡單。由于電機通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡單而緊湊。
（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個等，根據(jù)公司不同而有所變化；產(chǎn)品則更是可以達到幾百甚至上千個位置。在精度方面，電缸也具有的優(yōu)勢，定位精度可達?0.05mm，所以常常應用于電子、半導體等精密的行業(yè)。
（3）柔韌性強。毫無疑問，電缸的柔韌性遠遠強于氣缸。由于控制器可以與PLC直接進行連接，對電機的轉速、定位和正反轉都能夠實現(xiàn)精確控制，在一定程度上，電缸可以根據(jù)需要隨意進行運動；由于氣體的可壓縮性和運動時產(chǎn)生的慣性，即使換向閥與磁性開關之間配合地再好也不能做到氣缸的準確定位，柔韌性也就無從談起了。
在技術性能方面，英國諾冠NORGREN氣缸原廠價本人認為電動和氣動各有所長，首先電動執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：
（1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器結構相對簡單，一個基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置DPDT開關、熔斷器和一些電線，易于裝配。
（2）電動執(zhí)行器的驅動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執(zhí)行器需要氣源和壓縮驅動裝置。
（3）電動執(zhí)行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。
（4）不需要對各種氣動管線進行安裝和維護。
（5）可以無需動力即保持負載，而氣動執(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，電動執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動執(zhí)行器在大負載的情況下，要加裝消音器。
（7）電動執(zhí)行器在控制的精度方面更勝*。
（8）氣動裝置中的通常需要把電信號轉化為氣信號，然后再轉化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數(shù)過多的復雜回路。
而英國諾冠NORGREN氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個方面：
（1）負載大，可以適應高力矩輸出的應用（不過，現(xiàn)在的電動執(zhí)行器已經(jīng)逐漸達到目前的氣動負載水平了）。
（2）動作迅速、反應快。
（3）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射和振動等惡劣工作環(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電機容易受損。
購買和應用成本比較從總體上來講，電伺服驅動比氣動伺服驅動要貴，但也要因具體要求及場合而定。有些小功率的直流電機構成電動滑臺(電伺服系統(tǒng))實際上比氣動伺服系統(tǒng)要便宜。
如：當負載為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，F(xiàn)ESTO公司采用小型電動滑臺、控制器、馬達電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統(tǒng)，其價格就比氣動伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對于帶活塞桿電缸也是如此。需要說明的是如果采用交流電機的話，所組成的電伺服系統(tǒng)的價格要比氣動伺服系統(tǒng)高出40%左右。
從購買和應用成本來看，目前氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢的。對于氣動系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構都非常簡單，每個氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換，進行運動控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護簡單方便，成本也低。
而對于電動執(zhí)行器來說，雖然電能的獲得比較簡單，能量成本較低，但購買及應用成本較高，不僅需要配置電機，還需要一套機械傳動機構以及相應的驅動元件。同時使用電動執(zhí)行器需要很多保護措施，錯誤的電路連接、電壓的波動及負載的超載都會對電驅動器造成損壞，因此需要在電路及機械上加裝保護系統(tǒng)，增加了很多額外的費用支出。另外，由于電動執(zhí)行器驅動單元的參數(shù)化設置較多，且集成度高，所以其一旦發(fā)生故障，就要更換整個元件。而且當系統(tǒng)需要的驅動力增加時，也要成套更換元件才能實現(xiàn)。因此綜合比較可以看出氣缸在購買及維護成本上有較大優(yōu)勢。
能源效率比較我們研究的結果表明，在往復運動周期較短（小于1min）的水平往復運動中，電動執(zhí)行器的運行能耗通常低于氣缸的運行能耗，即更節(jié)能。而在往復運動周期較長（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；其次電機在連續(xù)旋轉條件下的額定效率可達90%以上，但在直線往復運動（絲杠轉換）中的臺形加減速旋轉條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復運動時，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，而氣缸只需關閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往復運動時電動執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大。
由上可見，電機本身效率很高，但在往復直線運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、往復運動周期和負載率等。
英國諾冠NORGREN氣缸的應用場合比較：
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。氣動驅動器的優(yōu)勢顯而易見，當面臨諸如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件時，氣動驅動器就顯得較適應惡劣環(huán)境，而且非常堅固耐用。氣動驅動器容易安裝，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精確定位的情況下，帶伺服馬達的電驅動器具有優(yōu)勢。對于要求精確、同步運轉、可調節(jié)和規(guī)定的定位編程的應用場合，電驅動器是的選擇，帶閉環(huán)定位控制器的伺服或步進馬達所組成的電驅動系統(tǒng)能夠補充氣動系統(tǒng)的不足之處。
從技術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該選用哪種技術做驅動控制，還是應從多方因素進行綜合考量?，F(xiàn)代控制中各種系統(tǒng)越來越復雜、越來越精細，并不是某種驅動控制技術就可滿足系統(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)運動，結構簡單，維護便捷，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用場合，現(xiàn)在自動化設備中柔性化要求在不斷提升，同一設備往往要求適應不同尺寸工件的加工需要，執(zhí)行器需要進行多點定位控制，而且要對執(zhí)行器的運行速度及力矩進行精確控制或同步跟蹤，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動控制，而電執(zhí)行器則多用于精密運動控制的場合。
市場形勢比較。
英國諾冠NORGREN氣缸的解決方案：
1.英國諾冠NORGREN氣缸變形較大或漏汽嚴重的結合面，采用研刮結合面的方法
如果上缸結合面變形在0.05mm范圍內，以上缸結合面為基準面，在下缸結合面涂紅丹或是壓印藍紙，根據(jù)痕跡研刮下缸。如果上缸的結合面變形量大，在上缸涂紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平?；蚴遣扇C械加工的方法把上缸結合面找平，再以上缸為基準研刮下缸結合面。英國諾冠NORGREN氣缸結合面的研刮一般有兩種方法：
⑴是不緊結合面的螺栓，用千斤頂微微推動上缸前后移動，根據(jù)下缸結合面紅丹的著情況來研刮。這種方法適合結構剛性強的高壓缸。
⑵是緊結合面的螺栓，根據(jù)塞尺的檢查結合面的嚴密性，測出數(shù)值及壓出的痕跡，修刮結合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對間隙的影響。
2.采用適當?shù)钠酌芊獠牧?br />因汽輪機汽缸密封劑還沒有統(tǒng)一的國家標準和行業(yè)標準，制作原料和配方也各不相同，產(chǎn)品質量參差不齊；在選擇汽輪機汽缸密封劑時，就要選在行業(yè)內有口碑，產(chǎn)品質量有保證的正規(guī)生產(chǎn)廠家，以保證檢修處理后汽缸的嚴密性。
3.局部補焊的方法
由于汽缸結合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當?shù)暮笚l把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結合面在同一平面內。汽缸結合面變形較大或是漏汽嚴重時，在下缸的結合面補焊一條或兩條10—20mm寬的密消除間隙封帶，然后用平尺或是扣上缸測量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡單，焊前預熱汽缸至150℃，然后在室溫下進行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進行打磨修刮。
4.英國諾冠NORGREN氣缸結合面的涂鍍或噴涂
當汽缸結合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用汽缸做陽極，涂具做陰極，在汽缸的結合面上反復涂刷電解溶液，涂層的厚度要根據(jù)汽缸結合面間隙的大小而定，涂層的種類要根據(jù)汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達到塑性狀態(tài)后噴射于處理過的汽缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點就是設備簡單，操作方便涂層牢固，噴涂后汽缸溫度僅為70℃—80℃不會使汽缸產(chǎn)生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對缸面進行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對涂層進行研刮，保證結合面的嚴密。
5.結合面加墊的方法
如果結合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80—100目的銅網(wǎng)經(jīng)熱處理使其硬度降低，然后剪成適當?shù)男螤?，鋪在結合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結合面的間隙較大，泄漏嚴重，可在上下結合面開寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05—0.08mm左右，并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調整。
6.控制螺栓應力的方法
如果汽缸結合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當?shù)募哟舐菟ǖ念A緊力。按從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧zui大處或是受力變形zui大的地方緊固螺栓。理論上來說，控制螺栓的預緊力可用公式d/L≤A來計算，但由于此計算的數(shù)據(jù)與測量的手段還在研究當中，沒有達到推廣，多在螺栓的允許的zui大應力內根據(jù)經(jīng)驗而定。
7.新時期采用的高分子材料方法
隨著技術的進一步發(fā)展，高分子復合材料逐漸在氣缸維護中取得了成功的應用。相對于傳統(tǒng)手段相比，高分子復合材料具有最為優(yōu)異的耐溫性能，良好的耐壓性能，以及更為出色的密封性能，且具有良好的塑變性，受熱不會固化，密封膜不會被破壞，從而保證了機件密封面的密封；加之易于清除，使用過的密封面可以用無水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著于密封面；由于其優(yōu)異的性能，逐漸受到越來越多氣缸企業(yè)的青睞。
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