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气动技术发展趋向概述
 
 

    随着生产自动化程度的不断提高,气动技术应用面迅速扩大、气动产品品种规格持续增多,性能、质量不断提高,市场销售产值稳步增长。气动产品的发展趋势主要在下述方面:

 一、小型化、集成化

  有限的空间要求气动元件的外形尺寸尽量小,小型化是主要发展趋势。现在最小气缸内径仅为f2.5,并配制开关;电磁阀宽度仅10mm,有效截面积达5mm2;接口f4的减压阀也已开发。据调查,小型化元件的需求量,大约每5年增加一倍。气阀的集成化不仅仅将几只阀合装,还包含了传感器、可编程序控制器等功能。集成化的目的不单是节省空间,还有利于安装、维修和工作的可靠性。

 二、组合化、智能化

  最简单的元件组合是带阀、带开关气缸。在物料搬运中,已使用了气缸、摆动气缸、气动夹头和真空吸盘的组合体;还有一种移动小件物品的组合体,是将带导向器的两只气缸分别按XY轴组合而成,还配有电磁阀、程控器,结构紧凑,占用空间小,行程可调。日本精器()开发的智能阀带有传感器和逻辑回路,是气动和光电技术的结合。不需外部执行器,可直接读取传感器的信号,并由逻辑回路判断以决定智能阀和后续执行元件的工作。开发功能模块已有十多年历史,现在正在不断地完善。这些通用化的模块可以进行多种方案的组合,以实现不同的机械功能,经济、实用、方便。

 三、精密化

  为了使气缸的定位更精确,使用了传感器、比例阀等实现反馈控制,定位精度达0.01mm。在气缸精密方面还开发了0.3mm/s低速气缸和0.01N微小载荷气缸。在气源处理中,过滤精度0.01mm,过滤效率为99.9999%的过滤器和灵敏度0.001MPa的减压阀已开发出来.

 四、高速化

  为了提高生产率,自动化的节拍正在加快,高速化是必然趋势。

  目前气缸的活塞速度范围为50-750mm/s。要求气缸的活塞速度提高到5m/s,最高达10m/s。据调查,五年后,速度2-5m/s,的气缸需求量将增加2.5,5m/s以上的气缸需求量将增加3倍。与此相应,阀的响应速度将加快,要求由现在的1/100秒级提高到1/1000秒级。

 五、无油、无味、无菌化

  人类对环境的要求越来越高,因此无油润滑的气动元件将普及化。还有些特殊行业,如食品、饮料、制药、电子等,对空气的要求更为严格,除无油外,还要求无味、无菌等,这类特殊要求的过滤器将被不断开发。

 六、高寿命、高可靠性和自诊断功能

  5000万次寿命的气阀和3000km的气缸已商品化,但在纺织机械上有一种高频阀寿命要求1亿次以上,最好达2亿次。这个要求,现有的弹性密封阀很难达到,这使间隙密封元件重新获得重视。美国纽曼帝克(Numatics)公司有一种气阀,采用间隙密封,通气后阀芯在阀体内呈悬浮状态,形成无摩擦运动,还有自防尘功能,阀的寿命可超过2亿次,这虽然是个老产品,还是值得借鉴。

  气动元件大多用于自动生产线上,元件的故障往往会影响全线的运行,生产线的突然停止,造成的损失严重,为此,对气动元件的工作可靠性提出了高要求。江苏某化纤公司要求供应的气动元件在设定寿命内绝对可靠,到期不管能否继续使用,全部更换。这里又提出了各类元件寿命的平衡问题,即所谓等寿命设计。有时为了保证工作可靠,不得不牺牲寿命指标,因此,气动系统的自诊断功能提到了议事日程上,附加预测寿命等自诊断功能的元件和系统正在开发之中。

  随着机械装置的多功能化,接线数量越来越多,不仅增加了安装、维修的工作量,也容易出现故障,影响工作可靠性,因此配线系统的改进也为气动元件和系统设计人员所重视。

 七、节能、低功耗

  节能是企业永久的课题,并将规定在建立ISO14000环保体系标准中。气动元件的低功耗不仅仅为了节能,更主要的是能与微电子技术相结合。功耗0.5W的电磁阀早已商品化,0.4W0.3W的气阀也已开发,可由PC直接控制。

 八、机电一体化

  为了精确达到预先设定的控制目标(如开关、速度、输出力、位置等),应采用闭路反馈控制方式。气-电信号之间转换,成了实现闭路控制的关键,比例控制阀可成为这种转换的接口。在今后相当长的时期内开发各种形式的比例控制阀和电-气比例/伺服系统,并且使其性能好、工作可靠、价格便宜是气动技术发展的一个重大课题。现在比例/伺服系统的应用例子已不少,如气缸的精确定位;用于车辆的悬挂系统以实现良好的减振性能;缆车转弯时自动倾斜装置;服侍病人的机器人等。如何将以上实例更实用、更经济还有待进一步完善。

 九、满足某些行业的特殊要求

  在激烈的市场竞争中,为某些行业的特定要求开发专用的气动元件是开拓市场的一个重要方面,各厂都十分关注。国内气动行业近期开发的如铝业专用气缸(耐高温、自锁),铁路专用气缸(抗震、高可靠性),铁轨润滑专用气阀(抗低温、自过滤能力),环保型汽车燃气系统(多介质、性能优良)等。

 十、应用新技术、新工艺、新材料

  型材挤压、铸件浸渗和模块拼装等技术十多年前在国内已广泛应用;压铸新技术(液压抽芯、真空压铸等)、去毛刺新工艺(爆炸法、电解法等)已在国内逐步推广;压电技术、总线技术,新型软磁材料、透析滤膜等正在被应用;超精加工、纳米技术也将被移植。气动行业的科技人员特别关注密封件发展的新动向,一旦新结构和新材料的密封件出现,就会被采用。

 十一、标准化

  贯彻标准,尤其是ISO国际标准是企业必须遵守的原则。它有两个方面工作要做:第一是气动产品应贯彻与气动有关的现行标准,如术语、技术参数、试验方法、安装尺寸和安全指标等。第二是企业要建立标准规定的保证体系,现有3个:质量(ISO9000)、环保(ISO14000)和安全(ISO18000)。标准在不断增添和修订,企业及其产品也将随之持续发展和更新,只有这样才能推动气动技术稳步发展。

  十二、安全性

  从近期颁布的有关气动的ISO国际标准可知,对气动元件和系统的安全性要求甚严。 ISO4414气动通则中将危险要素分成14类,主要有机械强度、电器、噪声、控制失灵等。ISO国际组织又颁布了ISO18000标准,要求企业建立安全保证体系,将安全问题放在特别重要的议程上。为此,产品开发和系统设计切实考虑安全指标也是气动技术发展的总趋势。对国内企业而言,由于过去的行业标准忽视了安全问题,有必要对已投入市场的产品重新考核和修正。

  在2001PTC展览会上,日本SMC公司在显著位置展示了直线电机,作为一个有国际影响的气动跨国公司,开发直线电机有其特定的意义,即告诫参观者:直线电机有替代气动元件的趋势。有人因此将气动工业视为"夕阳工业",笔者对此不能赞同,有以下几个理由:1、由于气体的可压缩性,气动产品可实现软接触,动作柔和。气动技术的这个特性,是其他机电产品望尘莫及的。气动弹簧和日本福冈球场可移动屋顶的气压密封是一小一大两个典型例子。现有的例子还甚多:自动挤牛奶机器人,仿真推拿按摩,抬移病人的机器人,中医搭脉模拟示教装置,飞机驾驶训练用的模拟加速度座椅等等。以上这些事例,一旦成为气动产品,不可能被其他产品所代替。2、有些特定的环境,如防火、防爆、高温、高湿等场合,气动元件有其独有的适应性,若用其他机电产品替代,会使费用增加很多,用户不会接受。3、气动系统可以在间隙工作状态下输出较大能量,抗过载能力强,这正是电机的薄弱环节,难于替代。4、真空、射流技术已与传统的气动技术融为一体,它们的产品已成为气动产品的一部分,结合这两种技术的应用实例,也是其他机电装置不能替代的。例如粉尘物的管道输送,超小、轻薄物品的搬运,悬浮式的滑移,机械加工中薄板型工件的定位和气流纺纱等。除此之外,肯定还有许多实例能说明气动技术有其独特的优势,决不是"夕阳工业",将与其他机电工业共同、持续地发展。

   
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