电缸与气缸的运行能耗分析

时间：2023-05-08 01:20:47

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

图二  电动执行器耗电过程

测量气动执行器耗能流程

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，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=(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 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。

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.