Có rất nhiều cuộc thảo luận trong giới điều khiển và tự động hóa về loại xi lanh nào là tốt nhất cho hệ thống của bạn. Công nghệ ngày càng được cải tiến giúp cho cả hệ thống xi lanh điện và khí nén đều hoạt động hiệu quả hơn trước đây, kích thước nhỏ gọn hơn và mức độ tiếng ồn giảm. Các yêu cầu sản xuất hiện đại ngày càng trở nên phức tạp và các loại xi lanh cần được tối ưu hóa cho từng nhiệm vụ riêng lẻ để cung cấp giải pháp tốt nhất có thể. Mỗi loại xi lanh được sản xuất dưới các hình thức và kiểu dáng khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Dù chức năng và chất lượng là tương đương nhau, tuy nhiên vẫn có một số ưu và nhược điểm cơ bản đối với mỗi lựa chọn và lựa chọn cuối cùng có thể là một sự thỏa hiệp, tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi cá nhân. Bài viết sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu và phân tích xem giữa xi lanh khí nén và xi lanh điện có những ưu nhược điểm gì và loại nào là phù hợp nhất với hệ thống của bạn.


Xi lanh điện là gì?

Xi lanh điện là loại xi lanh có cơ cấu dẫn động tuyến tính cơ - điện. Nó có chức năng chuyển đổi năng lượng điện thành mô men xoắn, động cơ điện sẽ làm quay vít-me bên trong xi lanh, làm cho xi lanh mở ra, thu lại, chuyển động tịnh tiến đều đều.

Hình ảnh xi lanh điện


Động cơ sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra động năng cho phép cụm tuyến tính chuyển động. Lượng lực mà xi lanh điện cung cấp phụ thuộc vào công suất của động cơ và tải trọng mà nó phải di chuyển. Một số tải trọng điển hình là các hệ thống cắt chính xác như cụm máy tiện CNC, hệ thống tải quá tải như giàn khoan, vận chuyển trên cao và máy công cụ. Ray trượt đôi có thể được sử dụng cho các ứng dụng robot trong lắp ráp xe

Tính linh hoạt của xi lanh điện trong hiệu suất và mức bảo dưỡng thấp là lý do chúng trở thành một lựa chọn tốt cho các ứng dụng năng lượng mạnh mẽ. Bộ xi lanh điện cung cấp khả năng điều khiển nâng cao hơn, ngay cả trong các môi trường khắt khe và chúng có thể cung cấp lực rất cao với độ chính xác tuyệt vời. Chúng có thể được lập trình cho bất kỳ vị trí chính xác nào, trong khi xi lanh khí nén tiêu chuẩn được giới hạn ở hai hoặc ba vị trí (đối với khí nén servo có thể nhiều hơn). Xi lanh điện cũng đáp ứng linh hoạt các yêu cầu về lực, từ bộ xi lanh trục vít me bi, có thể đẩy tới 40 tấn ngắn (80.000 lbs) đến xi lanh đai răng tốc độ có thể hoạt động ở tốc độ lên đến 10 mét mỗi giây.

Lực cao hơn đạt được tốt hơn ở tốc độ thấp hoặc trung bình, chẳng hạn như được tạo ra bởi bộ truyền động trục chính, trong khi tốc độ cao hơn được cung cấp bởi bộ truyền động có răng sẽ đạt được ít lực hơn. Các hệ thống điều khiển bằng điện thường phức tạp hơn trong khâu cài đặt và bảo trì, đòi hỏi người có kiến ​​thức chuyên môn để có thể lắp đặt và vận hành. Xi lanh điện có ưu điểm có thể lập trình khả năng điều khiển chính xác và có thể bao gồm bộ mã hóa cho mô-men xoắn, vị trí, vận tốc và lực tác dụng. Chúng êm hơn và không bị rò rỉ, nhưng có xu hướng đắt hơn và không phải lúc nào cũng phù hợp với môi trường nguy hiểm.

Xi lanh khí nén là gì?

Xi lanh khí nén là một thiết bị trong hệ thống khí nén, đóng vai trò chuyển hóa nguồn năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện tác động lực đóng, mở, kéo, đẩy, ép...tùy vào công việc thực tế.

Xi lanh khí nén là một phần của hệ thống khí nén


Xi lanh khí nén chuyển lực của môi trường có áp suất thành chuyển động động học, nhờ piston hoặc rãnh trượt. Khí nén đi vào xi lanh buộc piston chuyển động một thanh theo một hướng nhất định, truyền cơ năng của lực tác dụng của nó thông qua động năng thành tải trọng được chuyển động. Xi lanh khí nén điều khiển bằng piston có thể tác động đơn hoặc tác động kép để cải thiện chức năng định hướng. Xi lanh khí nén không tách biệt hệ thống cơ khí và chức năng truyền động, bởi vì hệ thống cơ khí thực hiện cả hai. Điều này có nghĩa là chúng nhỏ gọn, chiếm ít không gian hơn nhiều.

Hệ thống khí nén có thể vận hành các đường trượt tuyến tính giống như một xi lanh điện, với các lựa chọn giống nhau về bộ truyền động có thanh và không thanh. Các bộ giá đỡ và bánh răng cũng có sẵn với một giá gắn trên thanh piston. Cấu hình này sẽ chuyển chuyển động thẳng của hình trụ thành chuyển động quay góc 360 ° hoặc hơn. Loại cơ cấu chấp hành này thường được sử dụng để vận hành các van một phần tư. Các xi lanh khí nén gần đây có nhiều loại và nhiều cấu hình khác nhau, và có thể di chuyển tải trực tiếp hoặc gián tiếp. Xi lanh có thể đẩy, kéo, xoay, nâng hoặc hạ hoặc được dẫn hướng bởi thanh dẫn hướng hoặc khối, và đôi khi có hai hoặc nhiều thanh piston. Xi lanh khí nén có thể tạo ra mức lực cao hơn nhiều khi vận tốc leo thang, không có các bộ phận cơ khí quá nóng và không dừng lại. 

Cấu tạo xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén có cấu tạo rất đơn giản, tương đối rẻ tiền và có thể tạo ra chuyển động thẳng chính xác. Chúng được trang bị tốt hơn để cung cấp các mức lực liên tục và cung cấp độ chính xác hợp lý và định vị lặp lại tốt. Truyền động bằng khí nén được ưu tiên cho các hoạt động trong môi trường nguy hiểm hoặc các khu vực có nhiệt độ khắc nghiệt. Vì không có động cơ, chúng không tạo ra nhiễu từ tính và do đó đáp ứng các yêu cầu chống cháy nổ an toàn cho máy. Thiết bị truyền động khí nén tiết kiệm chi phí, nhẹ, bền và yêu cầu bảo trì tối thiểu. Các nhà sản xuất cũng đang nghiên cứu để cải tiến xi lanh khí nén với kích thước nhỏ gọn hơn và hiệu quả hơn.

Điện Với Khí nén: Bạn nên sử dụng loại nào?

Xi lanh khí nén và xi lanh điện nên chọn loại nào?


Một dự án nghiên cứu về cung cấp năng lượng hoàn thành vào năm 2012 của Chính phủ Liên bang Đức đã đưa ra một bảng phân tích đơn giản về sự so sánh hiệu quả giữa một xi lanh điện và một hệ thống xi lanh khí nén tại thời điểm đó. Người ta đưa ra kết luận rằng xi lanh điện rất hiệu quả cho các ứng dụng yêu cầu hành trình lớn hơn và thời gian giữ ngắn hơn, trong khi xi lanh khí nén thích hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu hành trình ngắn hơn và nhiệm vụ giữ lâu hơn. Tuy nhiên, những năm sau đó, với những sự cải tiến thiết bị mới, nhận định ấy dường như đã có những sự thay đổi.

Đối với các ứng dụng chịu lực cực cao, với áp suất lên tới hàng nghìn pound, cần phải có xi lanh khí nén (hoặc thủy lực). Các hoạt động hạng nặng như máy ép, cần cẩu, máy nghiền, thang máy hoặc giàn cho thiết bị nặng, đòi hỏi lực rất lớn để di chuyển tải. Tốc độ chu kỳ cũng phải được tính đến, để xác định xem xi lanh điện hay xi lanh khí nén sẽ mòn nhanh nhất và do đó xi lanh nào cần sửa chữa và bảo dưỡng nhiều hơn trong quá trình hoạt động. Các nhà sản xuất có thể cung cấp thông tin chi tiết về những thắc mắc này và giúp bạn quyết định lựa chọn nào trong hai lựa chọn sẽ hoạt động tốt hơn cho bạn.

Ứng dụng của xi lanh khí nén trong đời sống

Đối với các ứng dụng chỉ yêu cầu lực trung bình (10-1000 pound), có rất ít lựa chọn giữa hai tùy chọn và cần phải xem xét các yếu tố khác, chủ yếu là độ chính xác và nhu cầu định vị. Xi lanh khí nén không được trang bị để xử lý các nhiệm vụ định vị phức tạp, mặc dù sự kết hợp servo-khí nén có thể cung cấp nhiều lựa chọn hơn. Các xi lanh khí nén cho nhiều chức năng dừng có thể được điều chỉnh bằng tay và vẫn có thể là lựa chọn ít tốn kém hơn, nhưng cũng xếp hạng thấp về độ chính xác. Trong bất kỳ nhiệm vụ lắp ráp nhất định nào, các hệ thống khí nén sẽ chỉ chính xác trong phạm vi vài mm, trong khi thiết bị xi lanh điện có thể cung cấp độ chính xác trong phạm vi 1/10 mm.

Đối với các hoạt động yêu cầu mức lực thấp và tốc độ chậm hơn, chẳng hạn như các chức năng đẩy và kéo đơn giản, một xi lanh khí nén là khá phù hợp. Máy nén cung cấp áp suất và tốc độ thấp hơn vì nó phải tiếp tục chạy và tạo ra áp suất hoạt động mọi lúc, ngay cả khi ngừng tải.

Ứng dụng của bạn có thể cần tính linh hoạt cao hơn, do đó đòi hỏi sự linh hoạt hơn trong xi lanh truyền động. Ví dụ, đối với một số hoạt động chọn và đặt, các đối tượng được chọn từ một băng tải và đặt lên một băng tải khác. Đây có thể là một trong hai băng tải thay thế, sau đó sẽ yêu cầu ba vị trí dừng. Điều này sẽ khó thực hiện hơn đối với một hệ thống khí nén, vì nó hiện cần ít nhất hai xi lanh khác nhau, một xi lanh để hoạt động với mỗi băng tải. Đối với một xi lanh điện, điều này rất dễ dàng, vì có thể lập trình nhiều điểm dừng và đặt tại một vị trí bất kỳ.

Đối với xi lanh khí nén, nó có ưu điểm chính là cấu hình linh hoạt, dễ cài đặt và vận hành. Ví dụ: trong trường hợp ứng dụng của bạn yêu cầu thay đổi chiều dài hành trình, thì việc hoán đổi hình trụ là tương đối đơn giản. Tuy nhiên, trong tình huống trực tiếp và đặc biệt nếu cần có những thay đổi phức tạp hơn, điều này có thể không dễ dàng như vậy và có thể liên quan đến các chi phí không lường trước được về thời gian cũng như tiền mặt.

Phần kết luận

Để quyết định lựa chọn xi lanh điện hay xi lanh khí nén là tùy theo yêu cầu hệ thống của bạn. Những yếu tố cần quan tâm khi đưa ra quyết định chọn loại xi lanh phù hợp đó là sự cân bằng của lực cần thiết, tốc độ và độ chính xác định vị. Xi lanh điện cung cấp tiềm năng chuyển động rất nhanh, tốc độ lập trình và vị trí dừng, với độ chính xác định vị cao hơn và phản hồi cảm biến để kiểm soát chuyển động tốt hơn. Tuy nhiên chúng bị hạn chế về môi trường lắp đặt bởi không hoạt động được ở môi trường khắc nghiệt và cần thợ có kinh nghiệm chuyên môn để có thể lắp đặt và bảo trì chúng.

Xi lanh dẫn động bằng khí nén vẫn tương đối nhanh, nhưng cung cấp tốc độ trung bình khoảng 1/5 đến 1/2 tốc độ của loại xi lanh điện. Giá mua và chi phí bảo trì của chúng rẻ hơn xi lanh điện, vận hành, cài đặt và khắc phục sự cố đơn giản hơn nhiều. Chúng có thể ồn ào hơn, nhưng vận hành sạch hơn, là thiết bị lý tưởng cho nhiều ứng dụng nhạy cảm như công nghệ sinh học và sản xuất thực phẩm và đồ uống. Chúng trội hơn xi lanh điện về sự an toàn, vì chúng có thể hoạt động trong các môi trường nguy hiểm khác nhau và có độ bền cao. Xi lanh khí nén hoạt động dựa trên nguyên tắc hoạt động kỹ thuật của lực liên tục cao và thời gian giữ lâu. 

Bài viết trên đã cho bạn cái nhìn tổng quan giữa hai loại thiết bị và hy vọng sẽ giúp ích cho bạn trong việc lựa chọn thiết bị tối ưu nhất cho hệ thống của bạn.