气动平衡缸原理是什么？

技术背景：

在机械设计的提升运动中，由于活动部分结构重量比较大，单纯使用电机提升，功率就比较大，设备成本高，后期使用成本也高，对能源是一种严重浪费。设计载荷越大，速度越快，功率大和能耗高的缺点就越来越突出。

解决办法：

如果能借用一种力量，平衡掉提升结构的部分重量，对提升电机的功率要求就大大降低，不但节省了成本，还节约了设备运行所耗费的电能。

使用什么办法来平衡掉这部分重量呢？常用的方法有：配重，平衡气缸、平衡液压缸等办法。今天我们主要来介绍一下平衡气缸方法。

平衡气缸设计：

采用平衡缸来平衡机械结构的重量，是一种常用的设计方法，因其造价低，使用可靠等特点，在自动化设计上普遍应用。先来看一下平衡气缸的设计原理图。

气动平衡缸原理图

从图中可以看出，气缸的有杆腔与一个气罐相连，无杆腔直接通向大气。提升工作时，气罐的气体就输出给有杆腔，保证有杆腔的压力；当气缸下降时，有杆腔内的气体就被压缩回气罐，有杆腔的压力仍旧是由气罐来提供。

该结构的优势是理论上并不耗费气流量，气罐将能量反复的储存释放，只要系统不漏气，是不消耗压缩空气的。缺点是该系统并不能保证气压是恒定的，因为体积的变化，平衡掉的重量也是变化的。在设计的过程中，气罐的体积建议不小于气缸体积的5倍（原则上越大越好），这样气体压力的变化就≤20%，一般就能够满足设计要求。

平衡掉的重量也是有要求的，一般不建议超过空载载重量的80%，最大不超过空载载重量的100%；如果平衡掉的重量太大的话，平衡气缸的压力波动也会加大，会干扰驱动电机在运行过程中的平稳性，而且此时电机选型并不比平衡掉80%时小，所以一般平衡掉60%~80%为宜。

平衡缸在实际设计中的应用

设计注意事项；

1、平衡缸行程要大于驱动行程；

这是一个常犯的错误，选择平衡缸的行程和驱动行程一样大，由于安装原因，在极限位置驱动还没走到极限，气缸已经到达了极限，导致气缸或者结构受损。

2、平衡缸尽量使有杆腔承受压力；

原因是一般升降行程比较长，如果有杆腔受力，气缸杆承受拉力，不会损坏，反之气缸杆承受压力，特别容易受力后弯曲。

3、采用尽量大的管路和消声器。

理论上气缸和气罐内的压力能够保持一定的平衡，但是如果运行速度快，气缸内的气体不能快速排出，导致气缸内的压力骤增，不但不能起到平衡重量的作用，反而行程反作用力，增大驱动电机的附在。所以设计过程中应对气缸的运行速度，充排气速度进行计算；

4、电机选型要求：要保证其制动能够在平衡缸失效的情况下，能够停在任意位置。

总结；

使用平衡缸来平衡掉重量，步进节约了设计成本，而且使其耗电也大幅降低。对比配重设计，结构简单，惯量低，对驱动电机的选型更加有利，是一种十分优秀的设计。

平衡缸典型设计