氣動系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

提高氣動系統(tǒng)使用經(jīng)濟(jì)性，已成為當(dāng)前應(yīng)該重視問題。對氣動系統(tǒng)來說，減少耗氣量就是節(jié)能。氣動系統(tǒng)節(jié)能可以從幾個方面著手：

（1）完善氣源系統(tǒng)要解決氣動系統(tǒng)節(jié)能問題，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、分配整個氣源系統(tǒng)全盤考慮，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，采用具有完善級間冷卻多極壓縮機(jī)可節(jié)省能量、提高效率。例如二級壓縮比單級壓縮節(jié)能15%以上，三級壓縮比二級壓縮又節(jié)能5%~10%。

改變傳統(tǒng)設(shè)計觀念，將全廠集中由大型空壓機(jī)供氣空壓站，轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓺鈩酉到y(tǒng)附近分布廠區(qū)內(nèi)多臺較小型空壓機(jī)供氣更為經(jīng)濟(jì)。例如，由一個空壓站集中供氣，壓縮空氣輸送管道長，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。而用多臺空壓機(jī)供氣系統(tǒng)，空壓機(jī)耗氣車間附近安裝，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，氣體流濾設(shè)備壓力損失小，是氣源系統(tǒng)減少損失又一個節(jié)能因素。過濾設(shè)備必須保持良好工作狀態(tài)。消除氣動系統(tǒng)泄漏，是氣動系統(tǒng)節(jié)能另一個重要措施。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)合傳動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能微電子技術(shù)飛速發(fā)展，計算機(jī)應(yīng)用也進(jìn)入了氣動控制技術(shù)領(lǐng)域。用于控制氣動執(zhí)行元件，由普通氣動元件組成，復(fù)雜氣動邏輯控制回路，現(xiàn)已可由微型計算機(jī)或可編程序控制器代替。編制不同程序便能實(shí)現(xiàn)氣動裝置生產(chǎn)自動化不同過程。目前，氣動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。低功耗氣動元件，作為可編程序控制器直接驅(qū)動元件，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）開發(fā)節(jié)能氣動元件開發(fā)氣動節(jié)能元件，可從以下幾方面進(jìn)行：

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

開發(fā)低功耗氣動元件，降低能量消耗。

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

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

（4）合理設(shè)計氣動系統(tǒng)、擇優(yōu)選取和合理使用氣動元件，減少耗氣量把氣動流體力學(xué)、氣動系統(tǒng)動力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)，可對氣動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，擇優(yōu)選取最佳參數(shù)。例如氣缸公稱直徑是按公比1.25等比級數(shù)分檔，如把氣缸直徑隨意擴(kuò)大一個檔次，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)選取對節(jié)能是十分重要。合理使用元件也是節(jié)能措施，例如對短行程氣缸，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）氣動系統(tǒng)中使用不同工作壓力氣動系統(tǒng)重要節(jié)能途徑之一是對系統(tǒng)不同部分不同情況使用不同工作壓力。例如，對氣壓傳動系統(tǒng)供給高壓氣源，對氣動控制系統(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。對這種系統(tǒng)把活塞桿伸出后無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。

?氣壓傳動和控制是生產(chǎn)過程自動化和機(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)?。氣動?zhí)行元件主要用于作直線往復(fù)運(yùn)動。工程實(shí)際中，這種運(yùn)動形式應(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)動形式。但有些氣動執(zhí)行元件也可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如擺動氣缸（擺動角度可達(dá)360°）。氣動技術(shù)應(yīng)用范圍內(nèi)，除個別情況外，對完成直線運(yùn)動形式來說，是從技術(shù)從成本角度看，全機(jī)械設(shè)備都無法與氣動設(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)動最佳形式，如同用電動機(jī)來完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動一樣。）氣動技術(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)完全自動化，氣動技術(shù)“廉價”自動化方面做出了重大貢獻(xiàn)。實(shí)際上，單個氣動元件（如各種類型氣缸和控制閥）都可以看成是模塊式元件，這是氣動元件必須進(jìn)行組合，才能形成一個用于完成某一特定作業(yè)控制回路。廣義上講，氣動設(shè)備可以應(yīng)用于任何工程領(lǐng)域。氣動設(shè)備常常是由少量氣動元件和若干個氣動基本回路組合而成。氣動控制系統(tǒng)組成具有可復(fù)制性，這為組合氣動元件產(chǎn)生與應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。一般來說，組合氣動元件內(nèi)帶有許多預(yù)定功能，如具有12步氣-機(jī)械步進(jìn)開關(guān)，被裝配成一個控制單元，但卻可用來控制幾個氣動執(zhí)行元件。間歇式進(jìn)料器也常作為整個機(jī)器一個部件來提供。這樣就大大簡化了氣動系統(tǒng)設(shè)計，減少了設(shè)計人員和現(xiàn)場安裝調(diào)試人員工作量，使氣動系統(tǒng)成本大大降低。