在樂高集團近日公佈的3款機械組6月新品套裝中，有一款42157 約翰迪爾948L-II集材拖拉機引起了我們的注意。不僅是因為這款套裝是來自真實世界的載具，更重要的是，它帶有手動操作氣動裝置——也就是說非電機驅動的。
長期以來，氣動裝置一直是樂高機械組主題的一部分。在樂高機械組主題系列推出僅兩年後，第一款包含氣動裝置的套裝於1984年推出，但截至目前為止樂高機械組其實並沒有發佈太多帶氣動功能的套裝。
如果不統計復刻重新發布的套裝、配件包和樂高教育系列的套裝，39年來樂高集團只發布了28款帶有氣動裝置的套裝。
最近樂高集團才公佈了第29款氣動套裝42157 約翰迪爾948L-II集材拖拉機，當然，帶氣動裝置的機械組套裝仍然很受歡迎。
如果你打算接觸這種氣動裝置的樂高套裝，像Pneumatics、V1、V2等詞彙可能會讓你一頭霧水，那麼下面讓我們來解釋一下樂高氣動裝置吧。在此過程中，你將瞭解這種裝置系統的歷史、零件、原理、樂高套裝和MOC等等內容。
氣動和液壓
“Pneumatic”是氣動的英語名稱，一詞來自拉丁語“pneumaticus”，而後者又來自希臘語“pneumatikós”，意思是空氣、呼吸或精神。在字典內稱其為“在壓力下操作由空氣或氣體組成的容器”。
現如今現實生活中以空氣為動力的氣動可以普遍地從各種帶有壓縮機的設備上見到，你會發現使用這動力的設備有氣動手提鑽和衝擊扳手、汽車懸架和制動器（其實許多牙醫工具也都是靠氣壓運行的）。
氣動還有一個運作原理差不多的表親——液壓，代表了另一種使用流體（通常是油）來傳遞動力的技術。液壓比起氣動來有一些優勢，因為液體不像氣體那樣可以輕易被壓縮，這意味著它的力度傳遞更精確並且具有更強大的力量。
這就是為什麼你會發現液壓系統用於各種重型機械，例如挖掘機、裝載機、起重機和拖車上。但另一方面，液壓系統很麻煩而且更昂貴。
因為它們非常相似，所以氣動系統可以用來模擬液壓系統，這正是樂高集團在創造更逼真的重型機械模型時所做的事情。
對於樂高積木模型，力的大小和精度並不那麼重要，但成本和易用性很重要。
拋開這些理論，讓我們回到樂高機械組的開端講起。
首次出現在套裝中
樂高機械組也叫科技系列，於1977年推出。當時共推出四款套裝，一款電機零件套裝和一款額外的機械組零件包。在機械組零件的顏色種類開始快速擴展之前，樂高集團在1978年又發佈了兩款機械組套裝。
1979年開始推出鏈條和胎面零件，1980年在套裝中增加了減震器、差速器和16齒齒輪，1981年推出中型輪胎、肘節接頭和轉向臂。然後後面推出新零件的速度放慢了一點，在1982年只增加了摩擦銷，1983年增加了3L軸。
1984年在套裝8851中出現了迄今為止最大創新的零件，也是本文的主題：氣動零件。
在當時第一波的新品幾乎就帶來了氣動系統的所有核心部件：一個按壓產生壓力的泵、一個閥塊零件和一個控制壓力的開關，以及釋放出壓力的工作缸。
這是第一個版本的樂高氣動裝置，也被稱為Pneumatics V1。它是一種很簡單實用的動力系統，其核心是一個特殊的分配塊。它裡面有兩個單向閥，所以可以在連接泵時，在一側接收氣體湧入，在另一側將氣體放出，並能阻止氣體迴流。
樂高氣動系統1.0版本
如果將分配閥塊的兩側出氣口側連接到開關的兩側，則可以從開關中間的端口控制分配閥塊出氣還是吸氣。將中間的端口連接到氣缸，就可以使用開關控制氣缸。所有這些零件組裝起來的運作示意都顯示在上圖中，推動紅色的泵，接著向左或向右撥動開關，氣缸中的杆會上升或下降。
4692單向閥分配塊
4694c01控制器
4701c01氣泵
4689c01單作用氣缸
8851 挖掘機還是那一年的旗艦產品，是一款令骨灰玩家印象深刻的模型，其帶來的獨特可動的機構比幾年前發佈的856 推土機更逼真，不過也不完美地使用了齒條。在樂高集團意識到需要改進後，又於1986年發佈了第二款帶有這種氣動裝置的套裝8680 北極救援基地。
後續改進的2.0版本
這個早期的1.0氣動系統有一個非常基本的問題，我們現在在這裡試著解釋它——可能需要涉及一些物理知識。
樂高最開始開發的1.0氣動系統是一個帶有單向作用的氣缸系統，這意味著來自泵的壓縮空氣僅作用於工作氣缸的一側。這是它工作時的樣子：
單作用氣缸推動示意圖
藍色指的是來自泵的空氣。當它通過氣缸底部的端口進入氣杆零件的左室時，它會將活塞推向右側，這也迫使右室的空氣（粉色）通過活塞桿和缸體之間的縫隙中被排出。在泵的一側越用力，氣杆這一側左腔內的氣壓就越高，和帶銷孔的活塞桿被推出的力就越大。到目前為止看來這個系統一切都還很正常。
現在如果我們反方向推回氣杆怎麼辦？這時就不得不需要用到帶單向閥的分配塊，現在可以使用泵將空氣從氣杆左室吸出。來自外部的大氣壓將空氣通過活塞桿和缸體之間縫隙進入右室，將活塞推入。
單作用氣缸牽引示意圖
現在問題來了，推回時作用於氣杆的實際上是大氣壓，也就是說無論你用多大的力氣在另一側抽氣，推動活塞的空氣壓力永遠不會超過大氣壓力，即你在操作這一系統時你所處的空間內空氣的壓力。這意味著汽缸的拉回的力永遠不會超過這個大氣壓。那解決方案是什麼？
改為雙作用氣缸可以解決這個問題，向外推動動作和單作用氣缸相比沒有太多變化。來自泵的空氣仍然進入氣缸左室（藍色），而來自氣缸右室的空氣被推出（粉色）。唯一的區別是現在空氣通過氣缸上的第二個端口排出而不是像之前那樣通過活塞桿和缸體之間的縫隙。
雙作用氣缸推動示意圖
最大的區別在於收回氣杆，泵不再是將空氣從左室吸出靠大氣壓推動活塞桿，而是將空氣推入氣缸的右室（藍色），迫使空氣通過端口從左室排出（粉色）。現在問題解決了，你在泵的一側抽得越用力，右腔的壓力就越高，氣缸的拉力就越大，作用於活塞桿的力也就越大。
雙作用氣缸牽引示意圖
你看懂了嗎？看不懂也沒關係，不影響下面的內容。
瞭解完單作用氣缸和雙作用氣缸的區別，以及雙作用氣缸的運行原理，我們現在可以來看看樂高機械組推出的2.0版本氣動零件。
樂高氣動系統2.0版本（V2）
首先是左側的泵體零件，這也是全新的。不僅僅是外觀有區別，這個全新的泵相比1.0版本的可以產生更加真空的內腔，新泵內部也整合了一個單向閥，只能通過其端口將空氣推出，因此不再需要額外的分配塊零件——因為不再需要從氣缸中吸出空氣。
2797c03帶單向閥氣泵
2793c02雙作用氣缸
其次中間的開關零件還是4694c01，保持不變。但如上圖所述，右側的氣缸在結構上發生了明顯的變化。缸體在上方不但有了第二個端口，並且活塞桿的杆體從塑料材質升級為金屬材質。現在全新的樂高氣動系統要簡單得多，起碼在裝置上更簡約。
將新系統投入使用
樂高氣動系統2.0版本在1989年推出，當時共推出了三款套裝，通用零件包、8854起重機和8862反剷裝載機。
三年後的1992年，設計師們在當年的機械組旗艦套裝8868氣動裝置爪式鑽機中為氣動系統又引入了兩個新零件，一個體積更小的氣缸和一個體積更小的氣泵。
x189c01小號氣缸
x191c01小號氣泵
這個小號的氣泵不像大泵那樣帶有彈簧，兩頭帶有插銷孔讓它可以由電機驅動，變成一種可以電動的空氣壓縮機。
這種玩法正是當年旗艦8868氣動裝置爪式鑽機這一傳奇套裝帶來的，是第一款配備機載電動壓縮機的氣動套裝。Technicopedia上有一篇關於這款套裝的優秀文章值得一讀。
接下來一個創新的零件是67c01儲氣罐。一個帶有進出連接口的藍色圓柱體，它只是用作存儲壓縮空氣的緩衝器。它在實際作用表現得也非常好，併為氣動裝置提供了更流暢的操作性能。1997年在套裝中使用了兩次，1998年又使用了一次。
67c01儲氣罐
背面
很奇怪的是，這個零件在那之後只出現在1997年其中一套的再版套裝中，並且在Dacta系列的套裝中以白色出現過一次。
由於儲氣罐這個零件產量數量很少，所以現在這是一個非常昂貴的零件。藍色二手的價格大約需要150元人民幣。同樣的Dacta系列套裝包含另一個現在也很昂貴的零件：壓力計，它只出現在一個短命的套裝中。
樂高氣缸零件的演變
與此同時，機械組的氣動零件已經開始轉向表面無螺栓的設計風格，樂高集團慢慢地在氣動零件上移除了零件表面的凸起的螺栓，小號氣泵和氣缸一直是沒有螺柱的，但在2003年，氣泵開關和中型氣缸也被設計成為無螺柱版本。
直到2016年才推出了沒有螺柱的大號氣泵零件。2011年，小號泵變得稍長了一些，以更好地適應無螺柱的機械組零件體系，並在2015年推出了兩個更長的氣缸。下表為各種氣動零件的生產壽命。顏色中的數字是該零件在每年出現的次數。
大多數氣動零件都非常特殊，不能真正用於其他用途和搭建MOC，但有兩個零件是為了氣動系統開發的，並且已用於數百個其他套裝中。
首先是不起眼的T形連接器，它最開始是作為一個連接軟管的分離器使用的，用於將兩個氣缸連接到同一個開關上，但連接器標準桿的尺寸能夠將任何帶夾的零件夾在它上面，使其成為一種多功能用途的零件，並已用於各種套裝和MOC中。
4697b
機械組套裝之外的第一批使用它的套裝之一是5571 巨型卡車。
2011年，T形連接器的表親誕生了，帶十字軸孔的軟管連接器，這個零件後續也被用在近200款套裝中，也被證明用途廣泛且廣受歡迎。
99021
機械組之外的氣動套裝
到目前為止，我們已經瞭解了機械組中的氣動裝置的工作原理、氣動零件以及發展歷史，但實際上還有另外兩種樂高氣動系統。
早在2001年，有一個短暫的主題火星系列也用過氣動原理的零件。
在它的旗艦套裝7317 氣動管吊架中有一個帶大型管道的氣動系統，可以用小型容器運送特殊的火星人仔。這有點兒像在銀行或百貨公司使用的內部郵遞傳送系統，通過管子吸入容器。
該套裝帶來了很多有意思的零件，特別是管道系統，還為我們提供了2x8的門板滑道。這個系統在2007年的火星任務系列中捲土重來，在套裝7690 MB-01 獵鷹號堡壘中被製作成用來發射飛鏢的設備。
這兩個不同系列的套裝都使用了一種按壓的氣動泵零件30584c01。
30584c01
最近一個是在2019年在兩個城市套裝60214 漢堡店消防救援和60216 城市消防救援隊中使用的可噴射的假水，此後就再也沒有見過。這兩款套裝都有一個橡膠材質的氣囊，當玩家擠壓氣囊時，一束透明藍色的管可以從桶中伸出。
在這兩款套裝中的另一套60216 城市消防救援隊中，一根普通的氣動軟管用於將梯子底部的氣囊連接到另一端的水管部分。表明這個氣囊在軟管和適配器零件的搭配下可以與機械組的氣動系統兼容。鑑於氣囊和機械組的氣動泵特性有些不同，此兼容性尚未在套裝中展示過。
樂高設計師都是是富有創造力的人，或許我們能在以後的套裝中看到氣囊與機械組的氣動系統搭配起來。
值得關注的氣動套裝
8851 挖掘機
這是樂高集團在1984年推出的第一款帶氣動功能的套裝，與今天的套裝相比，這可能看起來有點兒粗糙和簡陋。但如果你以客觀的角度看待這款套裝，挖掘機的比例其實非常好，各種帶有可動的部位一目瞭然。在當時這是一個很棒的套裝，這款套裝還帶來了帶螺紋的機械組車軸零件。
8868 氣動裝置爪式鑽機
這款是樂高集團在1992年推出的第一臺帶有機載壓縮機的套裝。這輛外觀看起來非常堅固的卡車配備了V6的發動機、內部帶有電機，可以運行壓縮機帶動背面的全氣動控制的起重機。這件套裝在當時提高了旗艦套裝的標準，長期以來一直是機械組粉絲的最愛。
8455 反剷剷車
以前的氣動挖掘裝載機只在後部使用氣動裝置，而2003年推出的這臺剷車火力全開——在前剷鬥、反剷和支腿處使用了不少於7個開關和10個氣缸零件。可謂是前無古人後無來者，在此之前或之後的氣動套裝都沒有接近如此多氣動裝置的，改進這套套裝的唯一方法是添加一個儲氣罐。
42053 沃爾沃 EW160E 挖掘機
2016年上市的42053 沃爾沃 EW160E 挖掘機是一款很棒的套裝，它緊湊的車身尺寸中設計了功能齊全氣動裝置，還有很多很有用的零件。挖掘機的外表細節還原地恰到好處，看起來非常真實。最重要的是，這個模型可以添加一個電池盒和電機，將其氣動裝置改造成車載壓縮機版本。
42043 梅賽德斯-奔馳Arocs 3245卡車
2015年上市的這款42043 梅賽德斯-奔馳Arocs 3245卡車是目前所有帶有氣動系統的機械組套裝中尺寸最大的，同時在這款套裝發佈時最大的機械組套裝——現在排到了第八位。這輛模型附帶的功能遠遠超過氣動裝置一種，得益於齒輪箱，運行壓縮機和電機，還可以延伸支腿、傾斜車斗或轉動起重機。最重要的是，它所有輪胎帶有懸架設計，並且可以四輪轉向。
值得關注的氣動MOC
另外我們還想重點介紹一些帶有氣動裝置的樂高MOC作品，他們在氣動方面做得不錯。
第一個是Jennifer Clark帶來的，JCB JS220，她利用所有的氣動搭建經驗製作了這臺小型挖掘機。
JENNIFER CLARK設計的JCB JS220
這輛JCB是用樂高積木的傑作，它的履帶是電機驅動的，並且可以轉動上部結構和用於動臂控制的氣動裝置。不僅模型的尺寸和可動範圍還原地非常準確，在關於控制車輛上也是如此。為此她製作了一個定製的遙控器，通過一根裝有氣動壓縮機的軟管連接到模型。它具有控制與真正的JCB挖掘機相同功能的操縱桿。
第二位MOCer是荷蘭的Rene Kok。他意識到樂高氣缸零件的工作原理與蒸汽機中的氣缸完全一樣，用氣缸系統創造了一輛許多齒輪驅動的蒸汽機車。他很可能是第一個這樣做的人。
RENE KOK設計的SHAY 齒輪驅動蒸汽機車
通常的亮黃色氣缸零件在這個作品裡看起來會格格不入，因此Rene使用了樂高教育系列套裝中的透明色氣缸，通過軟管連接到空氣壓縮機裝置上，這臺機車可以在軌道上運行。
下一位MOCer將氣動發動機提升到了另一個層次。Alex Zorko可以說是一位氣動引擎專家。他用氣動零件模擬了發動機結構，投入了大量時間製作了一個樂高氣動發動機。但他的作品不適合樂高純粹主義者，他使用鑽頭擴大氣缸上的端口以獲得更大的氣流，並使用潤滑劑以獲得更好的性能，最後他的V8發動機轉速超過1500rpm，令人難以置信。
ALEX ZORKO的氣動V8發動機
樂高氣動零件製作的發動機也非常強大，Alex還將這些運用到大型的機械組汽車中。
最後一位MOCer相信很多人看過他的作品，RAUL OAIDA搭建了有史以來最瘋狂的樂高氣動發動機MOC，一輛真人大小的汽車。這個汽車由256個氣缸製成的發動機提供動力，可以30公里/小時的速度行駛。作品毫無疑問使用了膠水，但它仍然令人印象深刻。
總結
值得注意的是，明年將是樂高氣動零件推出40週年（1984年）。樂高集團會用特別的套裝來紀念這個里程碑嗎？也許推出一個全新的儲氣罐零件？也許帶有氣動零件製作的發動機？時間會給我們答案……
*本文翻譯自bricknerd，原作者Ronald Vallenduuk