李金城 
摘要：分析氣源質量問題產生的根源及其引起的氣動執行機構故障。探討工業自動化氣動執行機構對氣源壓力和質量的要求。
關鍵詞：氣源質量；氣動執行機構；過濾減壓閥；空壓機；
氣動執行機構是以壓縮空氣作為動力源，驅動機構作直行程或角行程運動。具有結構簡單、堅固耐用、速度快、行程長、過載安全、防爆等優點。氣動執行機構出現故障百分之八十是由于氣源問題產生的。空壓機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。這些污染物對氣動執行機構的正常運行造成了巨大威脅。通常氣源生產系統都設有氣源處理設備，用氣設備終端處也設置過濾器、減壓閥等設備。氣源質量的好壞很大程度上影響了氣動執行機構的故障率。
一、氣源質量問題所產生的影響
氣動執行機構最常見的故障是加信號后不動作，沒有響應。然而引起這種現象的可能性很多，可能是因為無工作氣源或氣源壓力太低，可能是電氣轉換器（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漏等原因。維護人員需要根據控制回路的配置耐心排查，最終確定問題點。
壓縮空氣推動活塞在缸筒內移動，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有密封圈。氣源中含有過多的水分和油分，會洗掉氣缸內壁及活塞上的潤滑脂，使氣缸動作不暢，加速密封圈的磨損和老化。如果氣源中含有大顆粒的粉塵，會劃傷氣缸內壁或損傷密封圈，造成氣缸活塞漏氣，輸出推力變小。
電氣轉換器（I/P）故障表現為輸入信號和氣源均正常，而輸出信號不準或不變化。電氣轉換器的原理如圖1所示，在電氣轉換器內部有一個線圈（2），當電流信號送入線圈后，在內部永磁鐵（4）的作用下，帶動擋板（5）接近（或遠離）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。從而實現輸入信號與輸出壓力成一一對應的比例關系。即輸入信號從4mA改變到20mA時，轉換器的輸出壓力從0.2～1bar變化。電氣轉換器故障，多數情況是因為氣源質量問題，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。
電氣轉換器（I/P）原理圖
定位器或電磁閥故障導致氣動執行機構不動作，是由于滑閥芯被卡住，不能移動引起的。為了金屬硬密封和降低靜態耗氣量，滑閥的設計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。如果氣源質量不好或者設備安裝階段沒有充分吹掃管路，會引起滑閥芯被卡住，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。
氣源質量不好會使氣缸密封圈損傷或老化，潤滑脂失效，導致氣缸前后腔室串氣，氣缸端蓋和缸筒漏氣。表現為氣缸出力不足甚至不動作。處理辦法只能是更換密封圈和潤滑脂。
二、氣源質量問題的根源
從空壓機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上升，溫度下降后冷凝析出的。水分會造成氣源管道及氣動元器件腐蝕生銹；會使潤滑油潤滑脂變質或沖掉潤滑油潤滑脂；冬季水分會結冰，造成元器件動作不良。管道底部滯留水分會造成流量不足，壓力損失增大。水分的清除方法是在空壓機后安裝冷凝器和分離器或干燥器，水平管道安裝時設置一定的斜度，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；會使噴嘴擋板的節流孔堵塞。含油的壓縮空氣排到大氣中會造成環境污染。油分的清除方法是在空壓機出氣口安裝油霧分離器，在進入氣動裝置前再用油霧分離器進行過濾，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吸入的有粉塵空氣和傳輸管道。粉塵流入氣動裝置，會造成氣動元件相對運動件磨損和卡死，滑閥動作失靈和不能換向；會加速密封件損傷，導致漏氣；會使噴嘴擋板的節流孔堵塞等。粉塵的排除方法是在壓縮機吸氣口安裝空氣過濾器，進入氣動裝置前再用空氣過濾器過濾，定期對過濾器進行清洗或更換。安裝接管前，需充分吹掃管道。
三、工業自動化氣動執行機構對氣源的要求
工業自動化氣動執行機構以活塞式氣缸為主，配以定位器、電磁閥等氣動控制元件。綜合考慮氣動元件、生產過程和產品、環境等因素對氣源的要求如下：
3.1、壓力范圍：
國家標準規定，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，多數氣動元件的最高使用壓力為7 bar。為了提高氣動執行機構的工作效率，工業自動化氣動執行機構輸入端氣源壓力為7 bar，允許波動范圍為其公稱值的±10%。氣動執行機構輸入端通常設置過濾減壓閥來進行減壓和穩壓。
3.2、氣源質量：
氣源中水蒸汽含量是以壓力露點來表示。在線壓力下的氣源露點應為環境溫度下限值至少低10℃。對于氣候非常寒冷的地區，可以設置加熱器來調節設備周圍溫度。氣源中含粉塵微粒直徑不應大于5 μm，最大濃度不大于5 mg／m3。氣源中油分含量不應大于1 mg／m3。
氣源問題會使氣動執行機構的可靠性和使用壽命大大降低。國際標準組織（ISO）所屬壓縮機、氣動機械及工具委員會（TC118）在1986年提出了關于壓縮空氣質量的國際標準ISO8573.1。我國等同采用了該標準，即國家標準GB/T13277－91《一般用壓縮空氣質量等級》。只要氣源質量符合標準，氣動執行機構的使用壽命可達十幾年，故障率非常低，甚至免維護。
參考文獻：
[1] SMC（中國）有限公司，現代實用氣動技術 第2版，北京：機械工業出版社，2003.10
[2] 機械設計手冊編委會，《機械設計手冊 氣壓傳動與控制》，北京：機械工業出版社，2007.2
[3] 中華人民共和國國家標準《GB/T 13277－91 一般用壓縮空氣質量等級》
[4] 中華人民共和國國家標準《GB/T 4830-1984 工業自動化儀表氣源壓力范圍和質量》
[5] 大連萬訊電力儀表有限公司，《STI氣動執行機構常見故障維修手冊》
