哪种气动技术最适合线性运动应用？

在线性运动应用中，气动装置、伺服气动装置和控制气动装置各自提供独特的运动和力能力。

来源： Festo气动自动化产品市场管理总监Frank Langro 

气动线性执行器是自动化的基础，因为它们成本低、安装和操作简便、力大且柔顺、速度快、结构紧凑、在危险区域安全，并且在恶劣环境下使用寿命长。阀门、阀岛以及远程和分布式 I/O 的先进技术正在为这种久经考验的技术开辟新的应用解决方案。

本文讨论了气动装置、伺服气动装置和受控气动装置，以回答在何处、何时以及为何应用这种自动线性运动技术的问题。首先，回顾一下基础知识。

用于线性运动的气动执行器
所有线性运动气动执行器的关键部件都是内部活塞。通过将压缩空气供应到气缸的两个进气口，可以使驱动活塞杆的活塞在两点之间前后移动 – 完全伸展和完全缩回。为了调节活塞的速度，设计工程师指定了一个流量控制阀。打开流量控制器的孔口可允许更多流量，活塞移动得更快，而关闭它会减少流量并减慢两点之间的行程。

为了确定活塞在起始点或终止点的位置，在气缸体上安装了接近传感器。传感器提供已到达极限位置的闭环反馈。测量位置之间的时间允许控制器确定速度。为了减轻活塞到达起始点和终止点时的冲击力并减少振动和磨损，执行器包括缓冲垫、节流螺钉或自调节缓冲系统。

大多数生产设备都采用压缩空气运动。在包装应用中，气动执行器通常用于拾取和放置。气动装置也常用于夹紧、冲压和定位。气动装置也适用于危险区域、食品和饮料以及机器人应用，因为这些应用的电信号有限，非常适合在冲洗区域使用。此外，气动技术重量轻 — 这是臂端工具的一个优点。

伺服气动装置可实现多种定位和力控制
。传统气动技术很简单，只有两个位置，而伺服气动装置可实现无限定位。PLC、比例控制阀和沿其长度安装线性位移编码器的执行器可以将活塞定位在其行程路线上的任何位置。（线性位移编码器提供该活塞实际位置的闭环反馈。）通过这种设置，PLC 可以选择一个定义的位置，比例阀将改变端口 2 和 4 的压力和流速以寻找该位置。该点的压力将保持平衡，从而将活塞固定在原位。通过比例控制可实现定义的加速度、运动曲线和减速度。

除了位置控制外，伺服气动装置还提供力控制。通过按比例增加压力，活塞上的力会增加，而通过降低压力，力会减小。在抓取应用中，力控制允许在同一设置内抓取柔软精致的物体或沉重坚固的工件。

伺服气动装置控制位置和力的能力可应用于任何保持中间位置可缩短循环时间的情况。想象一下一个标签应用，其中多个尺寸的盒子从传送带上下来。使用双位置气缸贴标签需要气缸在每次贴标签时完全伸展和缩回。伺服气动执行器可以放置在中间距离，从而加快循环速度。

在假设的码垛场景中，各种尺寸和重量的运输箱沿着传送带移动。在将箱子抓起并从传送带上提起之前，需要先将其集中起来。伺服气动执行器是理想的集中器，因为它可以设置在中间位置，从而提高循环速率。此外，它还提供力控制以适应各种质量的运输箱。在拾取和放置应用或定位中，伺服气动装置可以通过向即将移动的活塞施加气压来实现软停止。软停止是拾取和放置应用中控制负载动量的关键组件。

在锯木厂，操作人员可以通过记录木材在锯木过程中的轮廓来获益。锯木时，一个致动器会沿着木材按压导轨，当木材从下方经过时，导轨会伸展和缩回。控制系统可以通过线性编码器记录活塞的位置。这可以准确记录每根木材的周长。总之，伺服气动装置为线性运动提供定位和力控制，但不是伺服电机中的插值运动类型。

受控气动装置
方向阀控制压缩空气流向执行器 — 两位气动装置打开或关闭，伺服气动装置按比例控制。受控气动装置用比例阀取代了传统的方向电磁阀。

比例阀技术的一项进步是开发快速、安静、精确且节能的压电阀。

压电陶瓷元件具有电容特性：这意味着它需要电压来改变其形状，但不需要连续电压来保持其位置，这与需要连续电压才能保持激活状态的螺线管非常不同。这意味着压电阀几乎不产生热量，只需要很少的能量输入，磨损小，并且运行安静。

布置用于引导流量更大的 2/2 通阀的压电阀能够放大紧凑型压电阀的功能。例如，桥式电路中的四个 2/2 通阀在由八个比例控制的 2/2 通阀控制时，可以用作标准方向控制阀、流量控制阀、压力调节器，甚至可以复制气缸运动减震器的功能。这是由于控制比例压电先导阀响应的软件。先导阀可以执行异常快速和准确的流量控制，从而管理桥式电路中主阀的响应，以实现气缸或系统所需的气动输出。

用于线性运动的受控气动阀由四个 2/2 通隔膜提升阀组成，这些阀通过桥接连接。每个隔膜提升阀都由一对压电阀按比例引导和控制。该系统具有嵌入式温度、压力和位置传感器。

受控气动装置在线性运动中提供许多功能。例如，想象一下一个应用，要求位置 A 和位置 B 之间的行程时间为一秒。如果系统中存在泄漏，受控气动阀端可以检测到泄漏，控制器可以增加流量以满足一秒的行程时间并保持机器的输出。通过压力检测，系统可以将泄漏追溯到单个气缸，以便更好地了解机器及其输出的状况。受控气动装置可以通过施加较大的力来启动活塞移动，然后在活塞移动后降低压力来降低能耗。

受控气动装置是确保具有高动态和高精度的均匀卷筒张力的理想选择。极其灵敏的压力控制可补偿波动并考虑动能。受控气动装置用于在研磨、刷洗或抛光的整个加工过程中提供动态和灵活的表面压力。该解决方案可以消除更换夹持器的需要，因为预设可确保快速调试和预定位。

控制气动能力：

• 流量控制
• 可选择的压力等级
• 气缸整个行程的定位
• 預設旅行時間
• 以最小压力操作执行器
• 泄漏诊断
• 软停止
• 基于模型的比例压力调节
• 比例压力调节

摘要
气动执行器结构紧凑、坚固耐用、易于使用，适用于最恶劣或最危险的环境。气动装置是终端位置行程的理想选择。伺服气动装置提供轻柔的运动、定位以及位置和力控制之间的快速切换。受控气动装置提供高灵活性、多种功能、具有多个轴的受控运动、力和行程控制、条件和过程监控以及节能。当机器和工艺设计师了解到当流体动力绝对是自动线性运动的最佳选择时，这三种方式提供了多大的灵活性时，他们才会真正兴奋。