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人們一直認(rèn)為，效率較低是氣動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)固有的特點(diǎn)，所以很少試圖采取措施對(duì)其進(jìn)行改善。盡管如此，這篇文章將展示出：對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，不僅可以提高能源利用效率，還可以改善生產(chǎn)力并增加設(shè)備的使用壽命。
一個(gè)對(duì)我們非常有利的方面是：在氣動(dòng)系統(tǒng)中存在著很多導(dǎo)致其效率低下的根源問題，相應(yīng)地執(zhí)行一些改善策略，將可以減少高達(dá)35%的能源消耗量。
尋找并解決泄漏問題
盡管在氣動(dòng)系統(tǒng)中，泄漏是一個(gè)非常普遍存在的問題，但這并不意味著對(duì)這一問題無法進(jìn)行補(bǔ)救。美國(guó)能源部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，制造業(yè)工廠存在壓縮氣體泄漏的比例平均處于30%至35%的比例之間。
幸運(yùn)的是，這些氣體泄漏之中有很多是可以被修復(fù)的，或者可以對(duì)其進(jìn)行預(yù)防。在空氣壓縮機(jī)和負(fù)載之間有可能發(fā)生泄漏的眾多位置中，閥門和密封圈是最需要改善的兩個(gè)位置。在進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)該首先就對(duì)發(fā)生損蝕的密封圈進(jìn)行檢查。同時(shí)，了解泄漏氣體的性質(zhì)，并據(jù)此選擇最適當(dāng)?shù)拈y門也是非常重要的。
特定的閥門設(shè)計(jì)，比如帶有金屬密封圈的重疊閥，只要有氣體進(jìn)入閥門時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生固有的內(nèi)部泄漏。簡(jiǎn)單地為其安裝軟密封圈就可以顯著地降低泄漏量。
盡管如此，需要注意到重疊閥和金屬套筒閥在運(yùn)行時(shí)的氣體消耗量并沒有什么不同。另一方面，不同類型的閥門在特定情況下引起的氣體泄漏量卻有可能存在數(shù)百倍的差異。所以，通過為應(yīng)用選擇適當(dāng)類型的閥門，可以對(duì)泄漏氣體的總量進(jìn)行優(yōu)化。
像溫度、濕度以及潤(rùn)滑條件等環(huán)境因素，都會(huì)影響到密封圈的泄漏情況。應(yīng)用在高污染風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的氣動(dòng)系統(tǒng)可以受益于對(duì)一些彈性密封材料的投資，例如氟化橡膠、特氟龍或者聚氨酯等。
正確運(yùn)行壓縮機(jī)
在修復(fù)泄漏之后，空氣壓縮機(jī)是下一個(gè)最需要改進(jìn)的環(huán)節(jié)。美國(guó)能源部門在2012年的一份研究報(bào)告指出，制造商每年花費(fèi)在壓縮空氣系統(tǒng)上的能源費(fèi)用超過50億美元。這一結(jié)論并不值得驚奇，因?yàn)閴嚎s機(jī)可以說是構(gòu)成了氣動(dòng)系統(tǒng)的支柱。
而如果這些制造商們能夠?qū)λ麄兊膲嚎s空氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，就可以將他們?cè)趬嚎s空氣上花費(fèi)的能源支出降低20%到35%的比例。
由于篇幅關(guān)系，在本文中無法對(duì)提升壓縮機(jī)能源效率作出詳細(xì)的說明。但是，如果讀者有意去了解，就可以在美國(guó)能源部門提供的指導(dǎo)手冊(cè)上查閱到如何對(duì)工廠壓縮空氣成本進(jìn)行評(píng)估，以及如何合理降低壓縮機(jī)的能源消耗量。
對(duì)組件型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化
在前期花費(fèi)一些時(shí)間對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)元件的合適型號(hào)進(jìn)行確認(rèn)是非常必要的，因?yàn)槊恳粋€(gè)元件的型號(hào)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生影響。采購(gòu)偏小的控制閥的確能夠節(jié)省一部分采購(gòu)支出，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看這將導(dǎo)致更加昂貴的代價(jià)。由于控制閥偏小，為了讓執(zhí)行器得到正確的壓力，就不得不讓空氣壓縮機(jī)以更大的功率運(yùn)行，這將長(zhǎng)期消耗更多的能源。
另一個(gè)普遍出現(xiàn)的問題是，在氣缸的擴(kuò)容上超出了必要的程度。有時(shí)，為了對(duì)壓力波動(dòng)和氣體損失進(jìn)行補(bǔ)償，氣缸的擴(kuò)容是必要的；但是在氣動(dòng)系統(tǒng)中，如果組件的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過必要型號(hào)，將成為導(dǎo)致能源損失的最大來源之一。
例如，一個(gè)直徑為3英寸的氣缸所需要的氣體量，比一個(gè)直徑2英寸氣缸所需氣體量的兩倍還要多，然而這么多額外的容量可能根本是不必要的。為了避免過分的擴(kuò)容，非常有必要記住，對(duì)大多數(shù)負(fù)載和速度而言，最多需要25%額外的容量來確保正常的運(yùn)行。通過選擇適當(dāng)?shù)臄U(kuò)容量，氣缸的效率可以提升高達(dá)15%。如果考慮到這些氣缸在其整個(gè)生命周期中運(yùn)行的全部次數(shù)產(chǎn)生的倍增效應(yīng)，選擇正確容量的氣缸所節(jié)省下來的能源將會(huì)是非?？捎^的。
選擇適當(dāng)型號(hào)的氣動(dòng)元件，需要經(jīng)過正確的計(jì)算，還要考慮到很多因素的影響，比如負(fù)載的類型是轉(zhuǎn)動(dòng)式的還是提升式的?，F(xiàn)在，有很多軟件包、在線的計(jì)算程序甚至是手機(jī)上的應(yīng)用程序都可以協(xié)助對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行尺寸的選型。只有花費(fèi)一定的時(shí)間來理解系統(tǒng)的真正需求，才能夠產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的節(jié)約。
使用正確的壓力
由于存在著使用波動(dòng)、管道和閥門的流動(dòng)阻力以及其他一些因素，少量的氣體壓力損失是不可避免的。但是，通過對(duì)空氣壓縮機(jī)或其他供氣源到執(zhí)行器之間的距離進(jìn)行確認(rèn)，避免讓這一距離的長(zhǎng)度超過必要的程度，很多壓力的損失是可以避免的。
如果一個(gè)系統(tǒng)能夠盡可能縮短管道的長(zhǎng)度，就很有可能降低能源的消耗量。在控制閥和氣缸之間進(jìn)行連接的管道長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能小于10英尺長(zhǎng)。如果這一距離更長(zhǎng)，那么在缺乏更多壓力的情況下，確保讓負(fù)載運(yùn)行至正確位置的能力就將大打折扣。
提高氣動(dòng)系統(tǒng)能源效率的另一個(gè)途徑是，確保執(zhí)行器只使用必要的壓力來執(zhí)行其任務(wù)。在很多時(shí)候，系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為向執(zhí)行器提供超出必要的壓力，這是因?yàn)椴]有考慮到能效的因素，而只考慮到了系統(tǒng)的性能因素。
在工廠里，執(zhí)行器使用超出必要的壓力的另一種情況通常是因?yàn)椴僮鞴ぶ鲃?dòng)增加了供給的壓力，他們認(rèn)為這能夠提高工作性能。不幸的是，這種不妥當(dāng)?shù)膰L試通常只能浪費(fèi)能源和金錢。
安裝監(jiān)測(cè)壓力的傳感器和壓力校準(zhǔn)器來保障正確的壓力數(shù)值，這使得壓力可以被保持在最大值和最小值的有限區(qū)間之內(nèi)。簡(jiǎn)單地安裝壓力校準(zhǔn)器來控制壓力的數(shù)值分布，工廠就可以因此而獲得高達(dá)40%的能源節(jié)約。
調(diào)節(jié)回程
在對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的能源效率進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，對(duì)回程的壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)卻常常被人忽視。在大多數(shù)應(yīng)用中，通常只需要將負(fù)載沿一個(gè)方向移動(dòng)，但是機(jī)器在回程時(shí)也將使用和工作行程中一樣的壓力。
有幾種方法可以提升回程的效率水平。單向氣缸上的彈簧復(fù)位執(zhí)行器通?？梢赃m用于較短行程的應(yīng)用。彈簧復(fù)位執(zhí)行器上的控制閥維持工作行程所需的壓力，然后排放掉氣體。在回程時(shí)，再由彈簧或僅僅由元件自身的重力使氣缸回到起始位置。
在一個(gè)物料輸送系統(tǒng)中，一臺(tái)輸送機(jī)負(fù)責(zé)將箱子推動(dòng)到另一臺(tái)側(cè)式輸送機(jī)的位置，在這套系統(tǒng)中就應(yīng)用了彈簧復(fù)位執(zhí)行器。氣缸只沿一個(gè)方向工作，在工作行程中它需要100磅/平方英寸的壓力來移動(dòng)物體，而回程則只需要10磅/平方英寸的壓力。通過安裝一個(gè)彈簧復(fù)位執(zhí)行器，回程當(dāng)中的空氣體積得到了節(jié)省，這也使壓縮機(jī)的工作被減少到了一半。只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，在執(zhí)行器千百次的周期運(yùn)動(dòng)中節(jié)省下來的錢將非?？捎^。
單向氣缸上的彈簧復(fù)位執(zhí)行器還可以減少施壓過程中所需要的能源量。這種類型的應(yīng)用包括兩個(gè)向一起推動(dòng)的物體，比如軸承進(jìn)入外殼或活塞進(jìn)入一個(gè)孔洞。在施壓過程中需要很大的力量，但縮回的時(shí)候卻只需要很小的力，彈簧在復(fù)位過程中就可以提供收縮所需要的力量。
調(diào)節(jié)空氣壓力可以節(jié)省能源，還可以使氣動(dòng)元件和其它相關(guān)元件的磨損降到最低。通過將過量的壓力值減小到必要的水平，將使機(jī)器免于受到不必要的振動(dòng)和沖擊。
使用關(guān)閉按鈕
在缺乏自動(dòng)化的途徑來關(guān)停氣流的情況下，閑置的機(jī)器經(jīng)常會(huì)造成氣體的浪費(fèi)。在過去，通常由人工來手動(dòng)關(guān)停閑置機(jī)器的氣流，但當(dāng)前工廠人員的減少則意味著不一定有足夠的人手對(duì)每一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行檢查并手動(dòng)關(guān)停。
其他的員工可能對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的一些因素并不太了解，比如空氣軸承在機(jī)器關(guān)停的情況下仍然需要很小一部分比例的工作壓力。像這樣的需求可以由一套自動(dòng)化的減氣控制解決方案來滿足，自動(dòng)在機(jī)器不工作時(shí)將氣壓降低到必要的水平。通常，其設(shè)備成本只需要幾個(gè)月就能夠得到回收。
也許，氣動(dòng)系統(tǒng)的無處不在和相對(duì)簡(jiǎn)單，使得很多公司認(rèn)為效率偏低是這類系統(tǒng)固有的特點(diǎn)，并沒有什么好的辦法可以改善這種情況。但是，仍然有很多明智的工廠經(jīng)理正在通過對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化來提升能源效率。
在過去，企業(yè)主要關(guān)心他們的氣動(dòng)系統(tǒng)是否能夠成功執(zhí)行所需要的工作，而很少會(huì)考慮氣動(dòng)元件的選型是否是最合適的，以及什么樣的壓力才是足以應(yīng)對(duì)需求的適宜水平這一類問題。
但是，今天的工廠正變得無法接受任何一處對(duì)能源的浪費(fèi)。好消息是，只要肯在氣動(dòng)系統(tǒng)的這些問題上花費(fèi)一些精力去進(jìn)行改善，工廠就可以在能源效率和生產(chǎn)力上都獲得收益。
作者簡(jiǎn)介：Pat Phillips是AutomationDirect公司的氣動(dòng)產(chǎn)品經(jīng)理。
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