在乐高集团近日公布的3款机械组6月新品套装中，有一款42157 约翰迪尔948L-II集材拖拉机引起了我们的注意。不仅是因为这款套装是来自真实世界的载具，更重要的是，它带有手动操作气动装置——也就是说非电机驱动的。
长期以来，气动装置一直是乐高机械组主题的一部分。在乐高机械组主题系列推出仅两年后，第一款包含气动装置的套装于1984年推出，但截至目前为止乐高机械组其实并没有发布太多带气动功能的套装。
如果不统计复刻重新发布的套装、配件包和乐高教育系列的套装，39年来乐高集团只发布了28款带有气动装置的套装。
最近乐高集团才公布了第29款气动套装42157 约翰迪尔948L-II集材拖拉机，当然，带气动装置的机械组套装仍然很受欢迎。
如果你打算接触这种气动装置的乐高套装，像Pneumatics、V1、V2等词汇可能会让你一头雾水，那么下面让我们来解释一下乐高气动装置吧。在此过程中，你将了解这种装置系统的历史、零件、原理、乐高套装和MOC等等内容。
气动和液压
“Pneumatic”是气动的英语名称，一词来自拉丁语“pneumaticus”，而后者又来自希腊语“pneumatikós”，意思是空气、呼吸或精神。在字典内称其为“在压力下操作由空气或气体组成的容器”。
现如今现实生活中以空气为动力的气动可以普遍地从各种带有压缩机的设备上见到，你会发现使用这动力的设备有气动手提钻和冲击扳手、汽车悬架和制动器（其实许多牙医工具也都是靠气压运行的）。
气动还有一个运作原理差不多的表亲——液压，代表了另一种使用流体（通常是油）来传递动力的技术。液压比起气动来有一些优势，因为液体不像气体那样可以轻易被压缩，这意味着它的力度传递更精确并且具有更强大的力量。
这就是为什么你会发现液压系统用于各种重型机械，例如挖掘机、装载机、起重机和拖车上。但另一方面，液压系统很麻烦而且更昂贵。
因为它们非常相似，所以气动系统可以用来模拟液压系统，这正是乐高集团在创造更逼真的重型机械模型时所做的事情。
对于乐高积木模型，力的大小和精度并不那么重要，但成本和易用性很重要。
抛开这些理论，让我们回到乐高机械组的开端讲起。
首次出现在套装中
乐高机械组也叫科技系列，于1977年推出。当时共推出四款套装，一款电机零件套装和一款额外的机械组零件包。在机械组零件的颜色种类开始快速扩展之前，乐高集团在1978年又发布了两款机械组套装。
1979年开始推出链条和胎面零件，1980年在套装中增加了减震器、差速器和16齿齿轮，1981年推出中型轮胎、肘节接头和转向臂。然后后面推出新零件的速度放慢了一点，在1982年只增加了摩擦销，1983年增加了3L轴。
1984年在套装8851中出现了迄今为止最大创新的零件，也是本文的主题：气动零件。
在当时第一波的新品几乎就带来了气动系统的所有核心部件：一个按压产生压力的泵、一个阀块零件和一个控制压力的开关，以及释放出压力的工作缸。
这是第一个版本的乐高气动装置，也被称为Pneumatics V1。它是一种很简单实用的动力系统，其核心是一个特殊的分配块。它里面有两个单向阀，所以可以在连接泵时，在一侧接收气体涌入，在另一侧将气体放出，并能阻止气体回流。
乐高气动系统1.0版本
如果将分配阀块的两侧出气口侧连接到开关的两侧，则可以从开关中间的端口控制分配阀块出气还是吸气。将中间的端口连接到气缸，就可以使用开关控制气缸。所有这些零件组装起来的运作示意都显示在上图中，推动红色的泵，接着向左或向右拨动开关，气缸中的杆会上升或下降。
4692单向阀分配块
4694c01控制器
4701c01气泵
4689c01单作用气缸
8851 挖掘机还是那一年的旗舰产品，是一款令骨灰玩家印象深刻的模型，其带来的独特可动的机构比几年前发布的856 推土机更逼真，不过也不完美地使用了齿条。在乐高集团意识到需要改进后，又于1986年发布了第二款带有这种气动装置的套装8680 北极救援基地。
后续改进的2.0版本
这个早期的1.0气动系统有一个非常基本的问题，我们现在在这里试着解释它——可能需要涉及一些物理知识。
乐高最开始开发的1.0气动系统是一个带有单向作用的气缸系统，这意味着来自泵的压缩空气仅作用于工作气缸的一侧。这是它工作时的样子：
单作用气缸推动示意图
蓝色指的是来自泵的空气。当它通过气缸底部的端口进入气杆零件的左室时，它会将活塞推向右侧，这也迫使右室的空气（粉色）通过活塞杆和缸体之间的缝隙中被排出。在泵的一侧越用力，气杆这一侧左腔内的气压就越高，和带销孔的活塞杆被推出的力就越大。到目前为止看来这个系统一切都还很正常。
现在如果我们反方向推回气杆怎么办？这时就不得不需要用到带单向阀的分配块，现在可以使用泵将空气从气杆左室吸出。来自外部的大气压将空气通过活塞杆和缸体之间缝隙进入右室，将活塞推入。
单作用气缸牵引示意图
现在问题来了，推回时作用于气杆的实际上是大气压，也就是说无论你用多大的力气在另一侧抽气，推动活塞的空气压力永远不会超过大气压力，即你在操作这一系统时你所处的空间内空气的压力。这意味着汽缸的拉回的力永远不会超过这个大气压。那解决方案是什么？
改为双作用气缸可以解决这个问题，向外推动动作和单作用气缸相比没有太多变化。来自泵的空气仍然进入气缸左室（蓝色），而来自气缸右室的空气被推出（粉色）。唯一的区别是现在空气通过气缸上的第二个端口排出而不是像之前那样通过活塞杆和缸体之间的缝隙。
双作用气缸推动示意图
最大的区别在于收回气杆，泵不再是将空气从左室吸出靠大气压推动活塞杆，而是将空气推入气缸的右室（蓝色），迫使空气通过端口从左室排出（粉色）。现在问题解决了，你在泵的一侧抽得越用力，右腔的压力就越高，气缸的拉力就越大，作用于活塞杆的力也就越大。
双作用气缸牵引示意图
你看懂了吗？看不懂也没关系，不影响下面的内容。
了解完单作用气缸和双作用气缸的区别，以及双作用气缸的运行原理，我们现在可以来看看乐高机械组推出的2.0版本气动零件。
乐高气动系统2.0版本（V2）
首先是左侧的泵体零件，这也是全新的。不仅仅是外观有区别，这个全新的泵相比1.0版本的可以产生更加真空的内腔，新泵内部也整合了一个单向阀，只能通过其端口将空气推出，因此不再需要额外的分配块零件——因为不再需要从气缸中吸出空气。
2797c03带单向阀气泵
2793c02双作用气缸
其次中间的开关零件还是4694c01，保持不变。但如上图所述，右侧的气缸在结构上发生了明显的变化。缸体在上方不但有了第二个端口，并且活塞杆的杆体从塑料材质升级为金属材质。现在全新的乐高气动系统要简单得多，起码在装置上更简约。
将新系统投入使用
乐高气动系统2.0版本在1989年推出，当时共推出了三款套装，通用零件包、8854起重机和8862反铲装载机。
三年后的1992年，设计师们在当年的机械组旗舰套装8868气动装置爪式钻机中为气动系统又引入了两个新零件，一个体积更小的气缸和一个体积更小的气泵。
x189c01小号气缸
x191c01小号气泵
这个小号的气泵不像大泵那样带有弹簧，两头带有插销孔让它可以由电机驱动，变成一种可以电动的空气压缩机。
这种玩法正是当年旗舰8868气动装置爪式钻机这一传奇套装带来的，是第一款配备机载电动压缩机的气动套装。Technicopedia上有一篇关于这款套装的优秀文章值得一读。
接下来一个创新的零件是67c01储气罐。一个带有进出连接口的蓝色圆柱体，它只是用作存储压缩空气的缓冲器。它在实际作用表现得也非常好，并为气动装置提供了更流畅的操作性能。1997年在套装中使用了两次，1998年又使用了一次。
67c01储气罐
背面
很奇怪的是，这个零件在那之后只出现在1997年其中一套的再版套装中，并且在Dacta系列的套装中以白色出现过一次。
由于储气罐这个零件产量数量很少，所以现在这是一个非常昂贵的零件。蓝色二手的价格大约需要150元人民币。同样的Dacta系列套装包含另一个现在也很昂贵的零件：压力计，它只出现在一个短命的套装中。
乐高气缸零件的演变
与此同时，机械组的气动零件已经开始转向表面无螺栓的设计风格，乐高集团慢慢地在气动零件上移除了零件表面的凸起的螺栓，小号气泵和气缸一直是没有螺柱的，但在2003年，气泵开关和中型气缸也被设计成为无螺柱版本。
直到2016年才推出了没有螺柱的大号气泵零件。2011年，小号泵变得稍长了一些，以更好地适应无螺柱的机械组零件体系，并在2015年推出了两个更长的气缸。下表为各种气动零件的生产寿命。颜色中的数字是该零件在每年出现的次数。
大多数气动零件都非常特殊，不能真正用于其他用途和搭建MOC，但有两个零件是为了气动系统开发的，并且已用于数百个其他套装中。
首先是不起眼的T形连接器，它最开始是作为一个连接软管的分离器使用的，用于将两个气缸连接到同一个开关上，但连接器标准杆的尺寸能够将任何带夹的零件夹在它上面，使其成为一种多功能用途的零件，并已用于各种套装和MOC中。
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机械组套装之外的第一批使用它的套装之一是5571 巨型卡车。
2011年，T形连接器的表亲诞生了，带十字轴孔的软管连接器，这个零件后续也被用在近200款套装中，也被证明用途广泛且广受欢迎。
99021
机械组之外的气动套装
到目前为止，我们已经了解了机械组中的气动装置的工作原理、气动零件以及发展历史，但实际上还有另外两种乐高气动系统。
早在2001年，有一个短暂的主题火星系列也用过气动原理的零件。
在它的旗舰套装7317 气动管吊架中有一个带大型管道的气动系统，可以用小型容器运送特殊的火星人仔。这有点儿像在银行或百货公司使用的内部邮递传送系统，通过管子吸入容器。
该套装带来了很多有意思的零件，特别是管道系统，还为我们提供了2x8的门板滑道。这个系统在2007年的火星任务系列中卷土重来，在套装7690 MB-01 猎鹰号堡垒中被制作成用来发射飞镖的设备。
这两个不同系列的套装都使用了一种按压的气动泵零件30584c01。
30584c01
最近一个是在2019年在两个城市套装60214 汉堡店消防救援和60216 城市消防救援队中使用的可喷射的假水，此后就再也没有见过。这两款套装都有一个橡胶材质的气囊，当玩家挤压气囊时，一束透明蓝色的管可以从桶中伸出。
在这两款套装中的另一套60216 城市消防救援队中，一根普通的气动软管用于将梯子底部的气囊连接到另一端的水管部分。表明这个气囊在软管和适配器零件的搭配下可以与机械组的气动系统兼容。鉴于气囊和机械组的气动泵特性有些不同，此兼容性尚未在套装中展示过。
乐高设计师都是是富有创造力的人，或许我们能在以后的套装中看到气囊与机械组的气动系统搭配起来。
值得关注的气动套装
8851 挖掘机
这是乐高集团在1984年推出的第一款带气动功能的套装，与今天的套装相比，这可能看起来有点儿粗糙和简陋。但如果你以客观的角度看待这款套装，挖掘机的比例其实非常好，各种带有可动的部位一目了然。在当时这是一个很棒的套装，这款套装还带来了带螺纹的机械组车轴零件。
8868 气动装置爪式钻机
这款是乐高集团在1992年推出的第一台带有机载压缩机的套装。这辆外观看起来非常坚固的卡车配备了V6的发动机、内部带有电机，可以运行压缩机带动背面的全气动控制的起重机。这件套装在当时提高了旗舰套装的标准，长期以来一直是机械组粉丝的最爱。
8455 反铲铲车
以前的气动挖掘装载机只在后部使用气动装置，而2003年推出的这台铲车火力全开——在前铲斗、反铲和支腿处使用了不少于7个开关和10个气缸零件。可谓是前无古人后无来者，在此之前或之后的气动套装都没有接近如此多气动装置的，改进这套套装的唯一方法是添加一个储气罐。
42053 沃尔沃 EW160E 挖掘机
2016年上市的42053 沃尔沃 EW160E 挖掘机是一款很棒的套装，它紧凑的车身尺寸中设计了功能齐全气动装置，还有很多很有用的零件。挖掘机的外表细节还原地恰到好处，看起来非常真实。最重要的是，这个模型可以添加一个电池盒和电机，将其气动装置改造成车载压缩机版本。
42043 梅赛德斯-奔驰Arocs 3245卡车
2015年上市的这款42043 梅赛德斯-奔驰Arocs 3245卡车是目前所有带有气动系统的机械组套装中尺寸最大的，同时在这款套装发布时最大的机械组套装——现在排到了第八位。这辆模型附带的功能远远超过气动装置一种，得益于齿轮箱，运行压缩机和电机，还可以延伸支腿、倾斜车斗或转动起重机。最重要的是，它所有轮胎带有悬架设计，并且可以四轮转向。
值得关注的气动MOC
另外我们还想重点介绍一些带有气动装置的乐高MOC作品，他们在气动方面做得不错。
第一个是Jennifer Clark带来的，JCB JS220，她利用所有的气动搭建经验制作了这台小型挖掘机。
JENNIFER CLARK设计的JCB JS220
这辆JCB是用乐高积木的杰作，它的履带是电机驱动的，并且可以转动上部结构和用于动臂控制的气动装置。不仅模型的尺寸和可动范围还原地非常准确，在关于控制车辆上也是如此。为此她制作了一个定制的遥控器，通过一根装有气动压缩机的软管连接到模型。它具有控制与真正的JCB挖掘机相同功能的操纵杆。
第二位MOCer是荷兰的Rene Kok。他意识到乐高气缸零件的工作原理与蒸汽机中的气缸完全一样，用气缸系统创造了一辆许多齿轮驱动的蒸汽机车。他很可能是第一个这样做的人。
RENE KOK设计的SHAY 齿轮驱动蒸汽机车
通常的亮黄色气缸零件在这个作品里看起来会格格不入，因此Rene使用了乐高教育系列套装中的透明色气缸，通过软管连接到空气压缩机装置上，这台机车可以在轨道上运行。
下一位MOCer将气动发动机提升到了另一个层次。Alex Zorko可以说是一位气动引擎专家。他用气动零件模拟了发动机结构，投入了大量时间制作了一个乐高气动发动机。但他的作品不适合乐高纯粹主义者，他使用钻头扩大气缸上的端口以获得更大的气流，并使用润滑剂以获得更好的性能，最后他的V8发动机转速超过1500rpm，令人难以置信。
ALEX ZORKO的气动V8发动机
乐高气动零件制作的发动机也非常强大，Alex还将这些运用到大型的机械组汽车中。
最后一位MOCer相信很多人看过他的作品，RAUL OAIDA搭建了有史以来最疯狂的乐高气动发动机MOC，一辆真人大小的汽车。这个汽车由256个气缸制成的发动机提供动力，可以30公里/小时的速度行驶。作品毫无疑问使用了胶水，但它仍然令人印象深刻。
总结
值得注意的是，明年将是乐高气动零件推出40周年（1984年）。乐高集团会用特别的套装来纪念这个里程碑吗？也许推出一个全新的储气罐零件？也许带有气动零件制作的发动机？时间会给我们答案……
*本文翻译自bricknerd，原作者Ronald Vallenduuk