萬級GMP凈化車間設(shè)備動力系統(tǒng)

當(dāng)前的萬級GMP凈化車間中制劑機(jī)械大部分都為機(jī)電氣一體化，而制劑機(jī)械的動力部分有電動機(jī)、空氣壓縮機(jī)、油泵三種。本文將對電力機(jī)械傳動的原動部分一電動機(jī)進(jìn)行介紹，之后再對氣壓傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)作簡要介紹。

電動機(jī)系統(tǒng)：

電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。電動機(jī)按使用電源分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。制劑機(jī)械中的主電機(jī)大部分是交流電機(jī)，交流電機(jī)分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。其中異步電機(jī)是指電機(jī)定子的磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。根據(jù)電機(jī)可逆性原則，電動機(jī)也可作發(fā)電機(jī)使用。通常電動機(jī)的做功部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，稱為轉(zhuǎn)子電動機(jī)；也有做直線運(yùn)動的，稱為直線電動機(jī)。電動機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到千瓦級。

氣壓傳動系統(tǒng)：

氣壓傳動是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量和信號的傳遞。氣壓傳動系統(tǒng)包括：1.動力部分，獲得壓縮空氣的設(shè)備，如空壓機(jī)、空氣干燥機(jī)等；2.執(zhí)行元件，將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，也是系統(tǒng)能量輸出的裝置，如氣缸、氣馬達(dá)等；3.控制元件，用以控制壓縮空氣的壓力、流量、流動方向以及系統(tǒng)執(zhí)行工作程序的元件，如壓力閥、流量閥、方向閥和邏輯元件等；4.輔助元件，起輔助作用，如過濾器、油霧器、消聲器、散熱器、冷卻器、放大器及管件等。

氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：1.用空氣作介質(zhì)，來源方便，無環(huán)境污染，不需要回氣管路，管路簡單。2.空氣黏度小，管路流動能量損耗小，適合集中供氣遠(yuǎn)距離輸送。3.安全可靠，不需要防火防爆問題，能在高溫、輻射、潮濕、灰塵等環(huán)境中工作。4.氣壓傳動反應(yīng)迅速。5.氣壓元件結(jié)構(gòu)簡單，易加工，使用壽命長，維護(hù)方便，管路不容易堵塞，介質(zhì)不存在變質(zhì)更換等問題。缺點(diǎn)：1.空氣可壓縮性大，因此氣動系統(tǒng)動作穩(wěn)定性差，負(fù)載變化時(shí)對工作速度的影響大。2.氣動系統(tǒng)壓力低，不易做大輸出力度和力矩。3.氣控信號傳遞速度慢于電子及光速，不適應(yīng)高速復(fù)雜傳遞系統(tǒng)。4.排氣噪聲大。

一. 動力部分

氣壓傳動系統(tǒng)的動力部分屬于空氣壓縮機(jī)，是一種用于壓縮氣體的設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)按工作原理可分為速度式和容積式兩大類。速度式空氣壓縮機(jī)是氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下，獲得較大的動能，隨后在擴(kuò)壓裝置中急劇降速，使氣體的動能轉(zhuǎn)變成勢能，提高氣體壓力。速度式空氣壓縮機(jī)又分為離心式和軸流式，容積式空氣壓縮機(jī)是通過直接壓縮氣體，使氣體容積縮小而達(dá)到提高氣體壓力的目的。容積式空氣壓縮機(jī)又可分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩類?；剞D(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)中活塞做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，活塞又稱為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子數(shù)量不等，氣缸形狀不一。 往復(fù)式空氣壓縮機(jī)中活塞做往復(fù)運(yùn)動，氣缸呈圓筒形。其中往復(fù)式空氣壓縮機(jī)是目前應(yīng)用較廣泛的一種類型。

二、 執(zhí)行元件

(1)氣缸：氣缸是氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸可做往復(fù)直線運(yùn)動和往復(fù)擺動。做往復(fù)直線運(yùn)動的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸4種。做往復(fù)擺動的氣缸稱為擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸做擺動運(yùn)動，擺動角小于280°。擅長做往復(fù)直線運(yùn)動的氣缸，適于工件的直線搬運(yùn)。

(2)氣馬達(dá)：氣馬達(dá)也稱為氣泵，是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動機(jī)械能的動力裝置。按結(jié)構(gòu)類型分為葉片式氣馬達(dá)、活塞式氣馬達(dá)以及齒輪式氣馬達(dá)。氣馬達(dá)可以無級調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。氣馬達(dá)不受振動、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，如高溫、振動、潮濕、粉塵等工作條件；有過載保護(hù)作用，不會因過載而發(fā)生故障；具有較高的起動力矩，可以直接帶載荷起動，停止迅速，操縱方便，維護(hù)檢修較容易。

三、氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)比較

當(dāng)代制劑機(jī)械中系統(tǒng)復(fù)雜而精細(xì)，并非某種驅(qū)動控制技術(shù)就可滿足系統(tǒng)的多種控制功能，氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)應(yīng)互相補(bǔ)充。氣動驅(qū)動器的優(yōu)勢可實(shí)現(xiàn)快速直線循環(huán)運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)便捷，適合如灰塵、油脂、水或清潔劑等惡劣的環(huán)境條件，適用于簡單的運(yùn)動控制。電動執(zhí)行器主要用于需要精密控制、多點(diǎn)定位控制、同步跟蹤等情況。中凈環(huán)球凈化可提供凈化車間、GMP車間的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

液壓傳動系統(tǒng)：

液壓系統(tǒng)的作用是通過改變壓力增大作用力，實(shí)現(xiàn)動力和運(yùn)動的輸出和傳遞。液壓系統(tǒng)可分為兩類：液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)，液壓傳動系統(tǒng)以傳遞動力和運(yùn)動為主；液壓控制系統(tǒng)則要使液壓系統(tǒng)輸出滿足特定的性能要求。通常所說的液壓系統(tǒng)主要指液壓傳動系統(tǒng)。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件(附件)和液壓油五個(gè)部分構(gòu)成。

動力元件是指液壓系統(tǒng)中的油泵，其作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。

執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。

控制元件即在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向的各種液壓閥。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計(jì)等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，如各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等。

液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：1.體積小、重量輕，慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會發(fā)生大的沖擊；2.能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)自動調(diào)節(jié)牽引速度，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；3.換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換；4.液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上不受嚴(yán)格限制；5.由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長；6.操縱控制簡便，自動化程度高；7.容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。缺點(diǎn)：1.使用液壓傳動對維護(hù)要求高，工作油要始終保持清潔；2.對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；3.液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；4.用油作工作介質(zhì)，在工作面存在隱患；5.傳動效率低。

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