李金城 
摘要：分析氣源質(zhì)量問題產(chǎn)生的根源及其引起的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障。探討工業(yè)自動(dòng)化氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對氣源壓力和質(zhì)量的要求。
關(guān)鍵詞：氣源質(zhì)量；氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；過濾減壓閥；空壓機(jī)；
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直行程或角行程運(yùn)動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、速度快、行程長、過載安全、防爆等優(yōu)點(diǎn)。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障百分之八十是由于氣源問題產(chǎn)生的。空壓機(jī)輸出的壓縮空氣中含有大量的水分、油和粉塵等污染物，傳輸管道中也含有粉塵、鐵銹等污染物。這些污染物對氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行造成了巨大威脅。通常氣源生產(chǎn)系統(tǒng)都設(shè)有氣源處理設(shè)備，用氣設(shè)備終端處也設(shè)置過濾器、減壓閥等設(shè)備。氣源質(zhì)量的好壞很大程度上影響了氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障率。
一、氣源質(zhì)量問題所產(chǎn)生的影響
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最常見的故障是加信號后不動(dòng)作，沒有響應(yīng)。然而引起這種現(xiàn)象的可能性很多，可能是因?yàn)闊o工作氣源或氣源壓力太低，可能是電氣轉(zhuǎn)換器（I/P）、電磁閥或定位器等換向定位原件故障、也可能是氣缸活塞內(nèi)漏等原因。維護(hù)人員需要根據(jù)控制回路的配置耐心排查，最終確定問題點(diǎn)。
壓縮空氣推動(dòng)活塞在缸筒內(nèi)移動(dòng)，活塞和缸筒之間、活塞桿和前端蓋之間、缸筒和端蓋之間分別設(shè)有密封圈。氣源中含有過多的水分和油分，會(huì)洗掉氣缸內(nèi)壁及活塞上的潤滑脂，使氣缸動(dòng)作不暢，加速密封圈的磨損和老化。如果氣源中含有大顆粒的粉塵，會(huì)劃傷氣缸內(nèi)壁或損傷密封圈，造成氣缸活塞漏氣，輸出推力變小。
電氣轉(zhuǎn)換器（I/P）故障表現(xiàn)為輸入信號和氣源均正常，而輸出信號不準(zhǔn)或不變化。電氣轉(zhuǎn)換器的原理如圖1所示，在電氣轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè)線圈（2），當(dāng)電流信號送入線圈后，在內(nèi)部永磁鐵（4）的作用下，帶動(dòng)擋板（5）接近（或遠(yuǎn)離）噴嘴（6），引起噴嘴背壓增加（或減少），此背壓作用在膜片(m)上，與輸出壓力相平衡。從而實(shí)現(xiàn)輸入信號與輸出壓力成一一對應(yīng)的比例關(guān)系。即輸入信號從4mA改變到20mA時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出壓力從0.2～1bar變化。電氣轉(zhuǎn)換器故障，多數(shù)情況是因?yàn)闅庠促|(zhì)量問題，造成噴嘴堵塞。處理辦法是使用壓縮空氣吹掃并疏通噴嘴擋板。
電氣轉(zhuǎn)換器（I/P）原理圖
定位器或電磁閥故障導(dǎo)致氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，是由于滑閥芯被卡住，不能移動(dòng)引起的。為了金屬硬密封和降低靜態(tài)耗氣量，滑閥的設(shè)計(jì)和加工要求非常精確，滑閥芯和滑閥套之間的間隙通常只有0.01~0.02mm。如果氣源質(zhì)量不好或者設(shè)備安裝階段沒有充分吹掃管路，會(huì)引起滑閥芯被卡住，滑閥不能切換氣路，定位器或電磁閥就不能正常工作了。通常的處理辦法是，將滑閥芯取出，用布將滑閥芯搽拭干凈，使用壓縮空氣將滑閥套吹掃干凈，重新安裝即可。
氣源質(zhì)量不好會(huì)使氣缸密封圈損傷或老化，潤滑脂失效，導(dǎo)致氣缸前后腔室串氣，氣缸端蓋和缸筒漏氣。表現(xiàn)為氣缸出力不足甚至不動(dòng)作。處理辦法只能是更換密封圈和潤滑脂。
二、氣源質(zhì)量問題的根源
從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣中含有大量的水分、油和粉塵等污染物。
壓縮空氣中的水分是濕空氣被壓縮后壓力露點(diǎn)上升，溫度下降后冷凝析出的。水分會(huì)造成氣源管道及氣動(dòng)元器件腐蝕生銹；會(huì)使?jié)櫥蜐櫥冑|(zhì)或沖掉潤滑油潤滑脂；冬季水分會(huì)結(jié)冰，造成元器件動(dòng)作不良。管道底部滯留水分會(huì)造成流量不足，壓力損失增大。水分的清除方法是在空壓機(jī)后安裝冷凝器和分離器或干燥器，水平管道安裝時(shí)設(shè)置一定的斜度，在低端安裝排水閥。
壓縮空氣中的油分是空壓機(jī)工作過程中的潤滑油以油霧狀混入壓縮空氣中，隨壓縮空氣一起送出。油分會(huì)造成密封圈硬化，摩擦力變大，摩擦面磨損，空氣泄漏量增大；會(huì)使噴嘴擋板的節(jié)流孔堵塞。含油的壓縮空氣排到大氣中會(huì)造成環(huán)境污染。油分的清除方法是在空壓機(jī)出氣口安裝油霧分離器，在進(jìn)入氣動(dòng)裝置前再用油霧分離器進(jìn)行過濾，定期更換過濾器濾芯。
壓縮空氣中的粉塵固體顆粒來自空壓機(jī)吸入的有粉塵空氣和傳輸管道。粉塵流入氣動(dòng)裝置，會(huì)造成氣動(dòng)元件相對運(yùn)動(dòng)件磨損和卡死，滑閥動(dòng)作失靈和不能換向；會(huì)加速密封件損傷，導(dǎo)致漏氣；會(huì)使噴嘴擋板的節(jié)流孔堵塞等。粉塵的排除方法是在壓縮機(jī)吸氣口安裝空氣過濾器，進(jìn)入氣動(dòng)裝置前再用空氣過濾器過濾，定期對過濾器進(jìn)行清洗或更換。安裝接管前，需充分吹掃管道。
三、工業(yè)自動(dòng)化氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對氣源的要求
工業(yè)自動(dòng)化氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以活塞式氣缸為主，配以定位器、電磁閥等氣動(dòng)控制元件。綜合考慮氣動(dòng)元件、生產(chǎn)過程和產(chǎn)品、環(huán)境等因素對氣源的要求如下：
3.1、壓力范圍：
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，儀表輸入端的氣源壓力公稱值為1.4、2.6、3.5、5.5、7 bar。通常氣缸的最高使用壓力為10 bar，多數(shù)氣動(dòng)元件的最高使用壓力為7 bar。為了提高氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作效率，工業(yè)自動(dòng)化氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入端氣源壓力為7 bar，允許波動(dòng)范圍為其公稱值的±10%。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入端通常設(shè)置過濾減壓閥來進(jìn)行減壓和穩(wěn)壓。
3.2、氣源質(zhì)量：
氣源中水蒸汽含量是以壓力露點(diǎn)來表示。在線壓力下的氣源露點(diǎn)應(yīng)為環(huán)境溫度下限值至少低10℃。對于氣候非常寒冷的地區(qū)，可以設(shè)置加熱器來調(diào)節(jié)設(shè)備周圍溫度。氣源中含粉塵微粒直徑不應(yīng)大于5 μm，最大濃度不大于5 mg／m3。氣源中油分含量不應(yīng)大于1 mg／m3。
氣源問題會(huì)使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性和使用壽命大大降低。國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）所屬壓縮機(jī)、氣動(dòng)機(jī)械及工具委員會(huì)（TC118）在1986年提出了關(guān)于壓縮空氣質(zhì)量的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO8573.1。我國等同采用了該標(biāo)準(zhǔn)，即國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13277－91《一般用壓縮空氣質(zhì)量等級》。只要?dú)庠促|(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命可達(dá)十幾年，故障率非常低，甚至免維護(hù)。
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[5] 大連萬訊電力儀表有限公司，《STI氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見故障維修手冊》
