液压推杆与气动推杆：主要区别、应用和选择

在现代工业中，自动化系统的运行离不开执行器，需要执行器来控制机械操作，包括推动、抓取、定位等。执行器的类型可以细分为许多种，但最主要的是液压和气动执行器，它们是根据能源或能量来源的类型来区分的。它们的性能和工作原理大相径庭，因此可用于各行各业的各种应用中。本文旨在解释液压和气动执行器之间最重要的区别、它们的主要优势、典型应用场景，并指导如何在设计过程中对它们进行正确选择。

了解液压和气动执行器的基本区别，就像学习一门新语言时了解基本语法规则一样重要。有了坚实的基础，才能更基本、更有效地设计和优化自动化解决方案。

什么是液压致动器？

液压执行器是一种利用高压液体（通常是液压油或设备润滑油）将其转化为运动或力的装置。其核心原理在于使用无法压缩的液体。液压泵为液压油产生压力，液压油通过管道被泵送至执行器，如各类气缸（如液压缸）和马达。高压油持续施加的流体压力推动执行器中的活塞或叶片，从而产生巨大的推力或扭矩，实现直线运动或旋转运动。一个完整的液压系统由液压泵、驱动液压泵的电动机、储油罐、过滤器、冷却器、控制阀以及管道和配件组成，但不限于此。众所周知，在需要高精度和高控制力输出的应用中，液压系统是最佳解决方案之一，尤其是在重负载情况下，通常被称为提供蛮力或最大功率。这在业内早已是不争的事实。

什么是气动执行器？

气动执行器利用压缩气体能量（通常是气压）产生力和运动。其工作原理以空气压缩机为基础，空气压缩机可压缩环境空气并将其储存在储气罐中。然后在准备装置中对空气进行处理，其中包括过滤器、调节器和某些情况下的润滑器。储气罐（包括过滤器、调节器和润滑器）必须无油、无尘、无湿气，并具有正确的压力。然后，压力可控的干燥清洁压缩空气通过管道输送到执行器，执行器可以是气缸或电机，也称为气动装置。被称为正排量型的执行器会响应气动信号，推动或旋转活塞和叶片，从而实现直线运动或旋转运动。气动系统因其结构简单、运行快速和功能简洁而备受青睐。它们常用于轻载应用和生产线。

主要区别：详细比较

液压和气动执行器都是利用流体压力工作的，但它们的性能、系统属性、环境适应性和成本却大不相同。这些区别对于评估哪种技术最适用于特定环境非常重要。

性能差异

在力和功率密度方面的差异尤为明显。液压系统的工作压力通常较高，从几十到几百兆帕不等，这使得液压马达能够产生巨大的推力或高扭矩。对于需要非常大扭矩或巨大力量的操作，例如提升重物、夹紧或高扭矩驱动，液压马达通常是首选。液压马达还具有更高的功率密度，即可以小体积提供大力量。气动系统的工作压力较低，通常为 0.4 至 1.0 兆帕，因此输出力也较低。使用较大的执行器可以增加输出力，但这样会使其结构更加紧凑。

就速度响应和速度控制而言，气动执行器在响应和快速移动方面具有竞争优势，能够高速运转。气动执行器的特点是气体密度低，易于流动，因此可以快速启动和停止。因此，它们适用于高速运动。但是，由于空气的可压缩性，气动系统很难精确控制速度，而且很容易受负载的影响而发生变化。相反，液压系统的动作速度较慢，但由于液体的不可压缩性，其上层速度控制精确而稳定。它们还能在负载不断变化的情况下保持设定速度，从而实现精确的线性运动。

液压执行器在精度、刚度和定位能力方面无与伦比。由于液体的不可压缩性，液压系统具有很高的刚度，因此在外部影响下的位置和速度变化非常小。这有助于实现稳定运动和精确定位，这对于需要精确定位或力控制的系统来说至关重要。气动系统由于气体可压缩性、刚度降低、存在弹性变形、在负载变化时位置漂移等原因，效果较差，而且需要复杂的控制技术才能实现高精度定位。

系统特性和环境的差异

就系统复杂性和部件而言，液压系统通常比气动系统更加复杂。一个完整的液压动力装置、复杂的阀门和高压管道都需要配备。气动系统则非常简单。空气压缩机、储气罐、空气制备装置、阀门和管道是需要包括的主要单元。

在适应性和环境清洁方面，气动系统更具优势。它们使用清洁干燥的压缩空气，进一步提高了清洁度。不会因泄漏而造成污染，因此可用于食品加工、制药和电子等对清洁度要求极高的行业。气动部件也不易受外围温度变化的影响，即使在极端温度地区也是如此。液压系统会使用液压油。这种油也会泄漏，造成污染，带来损坏风险，并可能涉及危险材料。因此，液压系统也必须具有很高的油清洁度。机油对温度变化非常敏感，可能会影响性能并增加采取额外极端措施的必要性，尤其是在极端温度下。

安全是另一个值得关注的问题。液压系统工作时的高压会带来更大的风险，需要采取更严格的安全预防措施并遵守机械安全要求。另一方面，液压系统具有良好的自锁能力，在失去动力时仍能保持位置不变。气动系统的工作压力较低，因此更安全，但通常在失去空气时会失去保持位置的能力。

经济和维护差异

在财务支出方面，气动系统通常比较便宜，因为其零件成本较低，而且易于安装。相比之下，液压系统则由于安装复杂、设备昂贵而价格较高。

但能源消耗是另一个问题，因为需要生产压缩空气，这将增加气动系统的成本，尤其是当气动系统的运行效率低于最佳值时。具有讽刺意味的是，虽然液压装置在某些应用中可能会节约能源，但液压油和过滤器更换的持续成本却会使其产生很大的负面影响。

气动系统将从维护需求的减少中受益，因为气动装置的准备工作主要由一项任务来完成。油的清洁度、密封件和过滤器的更换以及除油维护检查使液压设置更加复杂。施工人员经常将故障排除与一般维护工作混为一谈，而精细的系统知识也带来了对专业技能的需求。

以下是液压和气动执行器的简明对照表：

特征	液压致动器	气动执行器
工作介质	液体（液压油）	气体（压缩空气）
工作压力	高	低
输出力	高，高功率密度	相对较低
速度控制	精确稳定	难以精确控制
精度/刚度	高	低
系统复杂性	复杂	简单
环境清洁	容易出现 液体泄漏不适合清洁环境	清洁环保，适用于清洁环境
安全	高压风险，通常为自锁式	低压安全，一旦失去空气即失去位置
初始成本	高	低
维护	复杂	简单

液压推杆的优势

液压执行器在特定应用中具有关键优势：

• 巨大的力输出：液压执行器产生的推力或扭矩超过任何气动系统，这使其在重型应用中非常有用，因为它能够提供强大的力量。
• 高精度和高刚性：最适合需要精确控制位置、运动速度和高刚度，从而实现精确线性运动的应用。
• 平滑运动可实现非常平滑和可控的运动，最适合用于需要均匀持续力的运动。
• 自动锁定控制：即使断电或断压，也能安全地保持位置，从而提高安全性。

气动执行器的优势

气动执行器在许多自动化领域都具有独特的优势：

• 基本结构和经济价格：初级投资少，安装费用低，最适合预算有限的应用。  
• 快速反应和移动：能够快速启动/停止和高速循环运动，提供更快的回报。  
• 无污染、环保：由于工作介质无污染，因此适用于清洁敏感区域。  
• 更容易实现防爆：无需使用电力，这意味着在易爆或易燃环境中更加安全。  
• 过载保护：过载保护：过载时自动停止，保护系统。

典型应用场景

液压致动器

液压执行器常用于需要高强度、精确控制或在恶劣环境中工作的工业应用中：

• 建筑设备：挖掘机、起重机、推土机等使用液压缸进行强力提升和挖掘。这包括重型建筑设备。
• 工业压力机和冲压机：它们用于需要巨大压力的冲压和其他金属成型工艺。
• 注塑成型机和压铸机：它们用于锁模和注塑成型工艺；这两种工艺都需要精确控制和高强度。
• 船舶和近海工程：它们可用于舵系统、锚绞车和舱口盖，这些设备需要承受重负荷并在恶劣环境中运行。
• 冶金设备：它们用于轧机还原和炉门开启，这两种工作都需要在高温和重负荷条件下进行。

气动执行器

在对速度、自动化、清洁度或低成本有较高要求的情况下，气动执行器在市场上占有重要地位，尤其是在材料处理设备和其他工业应用中：

• 自动化生产线：用于抓取、放置、推动、夹紧、分拣以及其他高速重复性动作，可实现各种动作。
• 包装机械：用于包装袋的密封、切割、输送和码垛等。
• 食品和饮料加工：其洁净的特性可广泛用于食品的输送、分配和包装。
• 药品和医疗设备：在药品的生产和包装以及医疗设备的控制中，要求高度的清洁和安全。
• 阀门自动化：用于控制各种工业阀门的开启/关闭和调节。

根据需要选择合适的推杆

在液压执行器和气动执行器之间做出选择并不是一个简单的优劣问题，而是取决于具体的应用要求。这需要综合考虑多种因素，才能做出正确的决定：

1. 所需的力或扭矩：这是最关键的因素。评估所需的最大力和持续力。如果需要巨大的力，液压通常是唯一的选择。
2. 运动速度和控制精度：确定应用对运动速度和速度控制精度的要求。
3. 负载变化：如果负载变化频繁且显著，并需要保持位置或速度的稳定性，液压系统则更具优势。
4. 工作环境：考虑环境的清洁度、温度、湿度以及是否存在易燃/易爆物质，包括危险材料或极端温度区域。
5. 成本预算：评估初始投资及长期运营和维护成本。
6. 系统复杂性和维护能力：考虑现场安装和维护能力以及对系统复杂性的承受能力。
7. 能源供应：确认现场是否有高压电源（用于液压泵）或压缩空气源。
8. 安全要求：考虑应用的任何特定安全要求，如断电自锁或防爆，以及遵守机械安全要求。

通过全面评估这些因素，可以在设计过程中就特定应用最合适的致动器技术做出更加明智的决定。

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致动器技术的未来趋势

执行器技术不断发展，以满足业界对智能、效率和可持续性日益增长的需求。未来的发展趋势包括集成更多传感器和通信功能，以实现更智能的控制和状态监测，同时提高整体系统效率，从而降低运营成本，实现效率最大化。这也将促进执行器与其他组件的集成和模块化，从而简化系统结构。随着技术的进步，电动执行器凭借其精度和可控性优势将得到更广泛的应用。此外，业界也越来越重视使用环保材料和工艺，以减少流体泄漏，降低损坏风险。所有这些趋势将共同推动执行器技术的发展，并为未来的工业应用带来新的可能性。

结论

液压和气动执行器是工业领域的两大关键技术，各自具有独特的优势和应用领域。液压系统精度高、力大，是重载和精密控制领域必不可少的设备。而气动系统则因其操作简单、速度快、清洁等优点，在自动化生产线中得到广泛应用。正确的选择应基于应用需求分析和权衡考虑。

作为执行阀供应商，VINCER 以成本效益、产品种类丰富、客户定制能力强和专业服务为原则，确保为客户提供可靠的阀门解决方案，从而优化流体控制系统，提高运行效率和效益。执行器必将随着技术的进步而不断发展，变得越来越智能、高效和环保，从而在未来对工业自动化产生更大的影响，证明自己是现代工业中用途最广泛的工作母机。