氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

提高氣動(dòng)系統(tǒng)使用經(jīng)濟(jì)性，已成為當(dāng)前應(yīng)該重視問(wèn)題。對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少耗氣量就是節(jié)能。氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能可以從幾個(gè)方面著手：

（1）完善氣源系統(tǒng)要解決氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能問(wèn)題，應(yīng)從完善氣源系統(tǒng)入手，即從壓縮空氣生產(chǎn)、處理、輸送、分配整個(gè)氣源系統(tǒng)全盤(pán)考慮，采取綜合措施。

結(jié)構(gòu)型式不同空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)同樣多壓縮空氣，其效率不一，消耗能量就有差異。速度型透平式空壓機(jī)效率低，如把10m3自由空氣壓縮成0.6MPa壓縮空氣，由排量為1000m3/h透平式空壓機(jī)生產(chǎn)，耗能1.77kW?h。而生產(chǎn)同樣數(shù)量和壓力壓縮空氣，如用同樣排量活塞式空壓機(jī)生產(chǎn)，僅耗能0.83kW?h。 從節(jié)能角度出發(fā)，空壓機(jī)節(jié)能與空壓機(jī)結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。

選擇空壓機(jī)時(shí)，采用具有完善級(jí)間冷卻多極壓縮機(jī)可節(jié)省能量、提高效率。例如二級(jí)壓縮比單級(jí)壓縮節(jié)能15%以上，三級(jí)壓縮比二級(jí)壓縮又節(jié)能5%~10%。

改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念，將全廠集中由大型空壓機(jī)供氣空壓站，轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓺鈩?dòng)系統(tǒng)附近分布廠區(qū)內(nèi)多臺(tái)較小型空壓機(jī)供氣更為經(jīng)濟(jì)。例如，由一個(gè)空壓站集中供氣，壓縮空氣輸送管道長(zhǎng)，沿程壓力損失大，為保證用氣設(shè)備有足夠工作壓力，空壓機(jī)出口壓力較高。而用多臺(tái)空壓機(jī)供氣系統(tǒng)，空壓機(jī)耗氣車(chē)間附近安裝，沿程損失小，可以降低出口壓力。試驗(yàn)證明僅此一項(xiàng)可節(jié)能20%。

空壓機(jī)吸入空氣溫度每增加3℃，就要增加壓縮功約1%。因空壓機(jī)房室內(nèi)溫度均高于室外溫度，，空壓機(jī)進(jìn)氣管道應(yīng)接到室外溫度較低，環(huán)境干凈，干燥方。冬季室外比室內(nèi)溫度低15℃，可節(jié)能約5.1%。

使空壓機(jī)生產(chǎn)壓縮空氣時(shí)，氣體流濾設(shè)備壓力損失小，是氣源系統(tǒng)減少損失又一個(gè)節(jié)能因素。過(guò)濾設(shè)備必須保持良好工作狀態(tài)。消除氣動(dòng)系統(tǒng)泄漏，是氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能另一個(gè)重要措施。泄漏使壓縮空氣能量白白消耗掉，而使生產(chǎn)成本上升。

（2）采用氣—電或氣—液復(fù)合傳動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能微電子技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用也進(jìn)入了氣動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。用于控制氣動(dòng)執(zhí)行元件，由普通氣動(dòng)元件組成，復(fù)雜氣動(dòng)邏輯控制回路，現(xiàn)已可由微型計(jì)算機(jī)或可編程序控制器代替。編制不同程序便能實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)裝置生產(chǎn)自動(dòng)化不同過(guò)程。目前，氣動(dòng)電磁閥電磁鐵消耗功率大多1.8W以下，小型閥也有功率僅為0.45W，直動(dòng)型閥功率一般也都小于4W。電磁鐵低功耗意義僅節(jié)約電能，提高電磁鐵可靠性，另也為氣動(dòng)技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造了必要條件。低功耗氣動(dòng)元件，作為可編程序控制器直接驅(qū)動(dòng)元件，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大規(guī)模程序控制，可獲很好節(jié)能效果。

（3）開(kāi)發(fā)節(jié)能氣動(dòng)元件開(kāi)發(fā)氣動(dòng)節(jié)能元件，可從以下幾方面進(jìn)行：

減少漏氣，降低能源消耗。開(kāi)發(fā)防泄漏、耐磨性能好、無(wú)給油材料制成軟密封件。

開(kāi)發(fā)低功耗氣動(dòng)元件，降低能量消耗。

采用無(wú)給油潤(rùn)滑，使?jié)櫥拖臏p少，改善環(huán)境污染。無(wú)給油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)是由過(guò)濾器、減壓閥何不供油潤(rùn)滑閥類(lèi)、氣缸組成系統(tǒng)。無(wú)給油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)所用工作介質(zhì)——空氣中不含油霧，排出廢氣中含油霧。無(wú)給油潤(rùn)滑氣動(dòng)元件是一種元件中預(yù)先注入潤(rùn)滑脂，可長(zhǎng)時(shí)間工作而不需補(bǔ)充潤(rùn)滑脂氣動(dòng)元件。無(wú)給油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)中可不設(shè)油霧器。無(wú)給油潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、維修方便，國(guó)外設(shè)備普遍采用這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)工作過(guò)程中潤(rùn)滑條件基本不變，受外界條件變化干擾，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)。

無(wú)潤(rùn)滑氣動(dòng)系統(tǒng)中無(wú)潤(rùn)滑氣缸是一種構(gòu)造特殊，并選用有自潤(rùn)滑性材料制造元件，材料和制造困難，目前也有應(yīng)用。

（4）合理設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)、擇優(yōu)選取和合理使用氣動(dòng)元件，減少耗氣量把氣動(dòng)流體力學(xué)、氣動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，擇優(yōu)選取最佳參數(shù)。例如氣缸公稱(chēng)直徑是按公比1.25等比級(jí)數(shù)分檔，如把氣缸直徑隨意擴(kuò)大一個(gè)檔次，則耗氣量要增大56%。若行程再增加，耗氣量還將增加。參數(shù)擇優(yōu)選取對(duì)節(jié)能是十分重要。合理使用元件也是節(jié)能措施，例如對(duì)短行程氣缸，使用單作用彈簧復(fù)位氣缸，顯然較雙作用氣缸節(jié)省壓縮空氣，減少了耗氣量。

（5）氣動(dòng)系統(tǒng)中使用不同工作壓力氣動(dòng)系統(tǒng)重要節(jié)能途徑之一是對(duì)系統(tǒng)不同部分不同情況使用不同工作壓力。例如，對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)供給高壓氣源，對(duì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)供給低壓氣源；氣缸克服外負(fù)載工作行程供給高壓氣源，無(wú)外負(fù)載行程供給低壓氣源，可獲可觀節(jié)能效益。有關(guān)資料介紹使正行程用高壓氣源，回程用低壓氣源（0.1~0.2MPa表壓），可節(jié)能25%~35%。

（6）重復(fù)利用無(wú)桿腔中有壓空氣使活塞返回，變雙程耗氣為單程耗氣。

生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛使用氣缸，許多是正行程有外加負(fù)載，回程只需克服自身摩擦力。對(duì)這種系統(tǒng)把活塞桿伸出后無(wú)桿腔中有壓氣體用于活塞退回，使原雙程耗氣改為單程耗氣，可達(dá)到節(jié)能近50%效果。

?氣壓傳動(dòng)和控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和機(jī)械化最有效手段之一，但其工作介質(zhì)（壓縮空氣）制造成本高，能量利用率又相當(dāng)?shù)汀鈩?dòng)執(zhí)行元件主要用于作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工程實(shí)際中，這種運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)用最多，如許多機(jī)器或設(shè)備上傳送裝置、產(chǎn)品加工時(shí)工件進(jìn)給、工件定位和夾緊、工件裝配以及材料成形加工等都是直線運(yùn)動(dòng)形式。但有些氣動(dòng)執(zhí)行元件也可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如擺動(dòng)氣缸（擺動(dòng)角度可達(dá)360°）。氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用范圍內(nèi)，除個(gè)別情況外，對(duì)完成直線運(yùn)動(dòng)形式來(lái)說(shuō)，是從技術(shù)從成本角度看，全機(jī)械設(shè)備都無(wú)法與氣動(dòng)設(shè)備相比。（從技術(shù)和成本角度看，氣缸作為執(zhí)行元件是完成直線運(yùn)動(dòng)最佳形式，如同用電動(dòng)機(jī)來(lái)完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一樣。）氣動(dòng)技術(shù)中，控制元件與執(zhí)行元件之間相互作用是建立一些簡(jiǎn)單元件基礎(chǔ)上。任務(wù)要求，這些元件可以組合成多種系統(tǒng)方案。氣動(dòng)控制使機(jī)構(gòu)或設(shè)備機(jī)械化程度大大提高，并能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化，氣動(dòng)技術(shù)“廉價(jià)”自動(dòng)化方面做出了重大貢獻(xiàn)。實(shí)際上，單個(gè)氣動(dòng)元件（如各種類(lèi)型氣缸和控制閥）都可以看成是模塊式元件，這是氣動(dòng)元件必須進(jìn)行組合，才能形成一個(gè)用于完成某一特定作業(yè)控制回路。廣義上講，氣動(dòng)設(shè)備可以應(yīng)用于任何工程領(lǐng)域。氣動(dòng)設(shè)備常常是由少量氣動(dòng)元件和若干個(gè)氣動(dòng)基本回路組合而成。氣動(dòng)控制系統(tǒng)組成具有可復(fù)制性，這為組合氣動(dòng)元件產(chǎn)生與應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，組合氣動(dòng)元件內(nèi)帶有許多預(yù)定功能，如具有12步氣-機(jī)械步進(jìn)開(kāi)關(guān)，被裝配成一個(gè)控制單元，但卻可用來(lái)控制幾個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行元件。間歇式進(jìn)料器也常作為整個(gè)機(jī)器一個(gè)部件來(lái)提供。這樣就大大簡(jiǎn)化了氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)人員和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試人員工作量，使氣動(dòng)系統(tǒng)成本大大降低。