气动马达：缠卷工艺的理想驱动系统——通过改变气流量或气压实现无极调速

气动马达是实现生产过程自动化和机械化的重要元件之一。它具有速度范围广、结构紧凑、高效耐用、清洁安全、易维护等优点，特别适合应用在食品加工和包装机械、以及饮料灌装设备中。本文将详细介绍作为安全耐用的驱动系统，气动马达如何为包装机中的缠绕成型过程提供可靠的驱动解决方案。

绕卷驱动可以应用在多种生产过程中：它可以实现将连续的材料缠绕在螺旋槽、辊筒、卷轴或球体上。用于缠绕的材料可以是宽达 10米的原纸或 6 微米厚的薄膜，也可以是高拉伸强度、低弹性的碳纤维。每一种用于缠绕的材料因其表面、硬度、拉伸强度、横截面或厚度等差异对绕卷驱动系统有着不同的要求。例如，很多缠绕直径在两米左右的纸材需要在高达2,000 米 / 分的速度下进行缠绕。薄膜是非常敏感的材料，这意味着其缠绕和解绕过程均须操作非常精确。而金属材料则因质量较大，也会影响绕制过程。

叶片式气动马达内的转子在转子气缸的偏心空腔内运转。由于这个偏心腔，叶片形成密闭工作室，它的体积会在转动方向上增大，随着压缩供应空气的膨胀，压缩能转换成为动能，最终驱使转子旋转。

气动马达的特点在于其转速可以随负载的变化而自动调整。气动马达在满载时会发生空转。若马达主轴承受较低的负载和扭矩低于满载情况时，其工作速度将接近空转速度。扭矩上升，则转速随之下降。气动马达在其转速为空转转速的 50% 时达到最大输出功率。“这也是气动马达的最佳工作范围。气动马达的转速在空转转速 40%~50% 的范围内时最为节能。这也是我们在马达设计过程中尤为重视的一个标准。”德派气动马达产品经理 Dagmar Dübbelde 解释道。

此外，相比于电动马达，气动马达可以加载直至停转，而自身不受损坏。卸载后，其又能立即运转。在扭矩曲线中，气动马达还有一个较电动马达明显的优势：电动马达在最大扭矩（堵转扭矩）时能耗最大，而气动马达的能耗（耗气量）则随扭矩的增加而减少。同时，空气是极为可靠的能源，没有电缆或是电接头短路等安全隐患。

叶片式气动马达——适用于大扭矩应用

马达的设计中有两个决定性的因素：所需绕卷的转速和最大扭矩。在计算最大扭矩时，需要考虑其最大可能的绕卷直径，即辊筒绕满时的直径。绕卷速度也应在绕满的情况下确定。当辊筒所绕卷材料较少时，辊身直径较小，马达可以自动地以更快的速度进行缠绕，缠绕转速会依据负载（此时的扭矩）进行调整。如果马达旋转的过快，则可以通过改变气体供应、工作压力或两者结合的方式进行无级调速来控制转速。

通过调节气体供应调节转速

通过调控气流量可以灵活地调节马达的转速。根据具体的应用情况，有两种方法可以选择：进气节流或排气节流。通过排气节流，马达可以在不显著降低输出功率或扭矩的情况下降低转速。节流阀控制空气排出从而产生所谓的反压力或称之为背压以降低马达转速。

如果想在降低气动马达转速的同时降低输出功率或扭矩，则建议使用进气节流的方法。缠卷过程中的另外一个要求在于要始终保持连续材料处于张紧状态。未达到此目的，气动气体必须连续供应。为了减少耗气量，应采用更低的工作压力对供应气体进行节流，以满足节能需求。

通过调节工作压力调节转速

除了通过调节供气量来调整转速外，还可以通过调节工作气压的方式对转速进行调整。德派气动马达驱动系统的技术数据是在工作压力为6bar 的情况下获得的。每一台德派气动马达工作气压区间为 4-6.3bar，以满足转速和扭矩的调节需求。对于用作绕卷作业（如绕卷纸材）的大功率马达，通过减少工作气压的方式调节转速往往能起到很好的效果。例如，如果马达的输出功率过大，纸材很有可能在缠绕的过程中撕裂。通过调节进气量的方式可以减小马达的输出功率从而预防撕裂。如采用降低工作压力的方式，每降低1bar，则扭矩会减少降低 17%。如气动马达的工作压力为 4bar，则扭矩将会降低 33%。

气动马达应用在绕卷工艺时，在空载情况下，即使工作气压为 4bar 时，动力仍较强劲，为了拓宽气动马达的扭矩范围，德派可提供带弹簧的叶片气动马达，所谓“强制启动叶片”，用这些带弹簧的叶片，可以驱动马达在低于 1bar的工作气压下工作。产品经理 Dagmar解释道：“气动马达在运转过程中，由于离心力的作用，叶片被向外挤压而产生工作腔，这需要几分之一秒的时间。如果强制启动叶片，就是将带弹簧的叶片被压向着转子气缸壁的方向，从而叶片间形成的工作室彼此密闭，马达输出功率的调节范围几乎可以实现从 0 到最大功率的全面覆盖 - 这对绕卷驱动来说是极为理想的应用工况。

气动马达系统应用在绕卷驱动过程中有几大优势：马达的功率大；此外，气动马达的尺寸仅为电动马达的 1/3，且重量仅为其 1/5。

食品工业应用的防爆要求应用于食品包装设备时，气动马达必须可反复清洁和耐蒸汽。德派高级系列马达的表面是不锈钢材质，密封性极好，所以其表面不需要做特殊的外部保护处理。因其极好的密封性，也适合水下环境作业。德派气动马达可无油操作，即可以使用无油润滑气体供应。同时行星齿轮的气动马达使用的润滑油也是符合食品级安全卫生认证的 USDA-H1 润滑油。

德派基本系列和高级系列气动马达均通过 ATEX 防爆认证，这意味着其可以在具有潜在爆炸性的环境下工作。气动马达利用解压气体冷却摩擦生热部件的工作方式使其可以适应严苛的工作环境。因而气动马达可以在过载和过热的情况下仍旧保持冷却，从而避免引燃气体。内部高压环境也防止了有害灰尘渗入。

此外，只要配置合适的叶片，可以使用蒸汽对气马达进行消毒——这一优势使其可以应用于医疗技术行业。因而这类动力强劲的马达驱动系统是有抗震性、耐热性，防尘需求应用工况的最佳选择。

小结

随着食品加工工艺的日益提高，食品包装的自动化水平也在不断提升。选择合适的驱动系统，将能减少工人劳动强度，提升食品包装设备的效率，从而帮助企业实现高效的生产效率。