气动技术发展及趋势

一、气动系统的简介

1.气动技术：气动技术是以压缩空气作为介质,以空气压缩机作为动力源,来实现能量传递或信号传递与控制的工程技术,是流体传动与控制的重要重要组成技术之一,也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。

2.气动系统的典型构成：气压发生装置—执行元件—控制元件—辅助元件

3.气动系统的优点：气动技术与传统的液压技术相比,有以下优点:(1)结构简单轻便、方便安装维护;(2)输出速度一般在50~500mm/s,速度快于液压和电气方式;(3)对冲击负载和负载过载的适应能力较强;(4)可靠性高、使用寿命长、安全无污染且成本较低。由于气动技术具有以上的使用优点,气动技术在世界工业企业得到了广泛的应用。一个完善的机电一体化系统包括机械、动力、信息检测传感、执行、控制及信号处理等部分。作为机电一体化系统的执行部分的气动元件及其系统不仅仅具有机械、气动执行机构,同时也集成了信息检测传感等元件,甚至还集成了其他一些微型机电系统。

4.气动系统的缺点：动作稳定性差、输出功率小、噪声大、信号传递较电信号慢

二、气动系统应用概述

气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志。气动元件的应用主要为两个方面：维修和配套。国产气动元件的应用,从价值数千万元的冶金设备到只有几百元的椅子。铁道扳岔、列车的煞车、街道清扫、特种车间内的起吊设备、军事指挥车等都用上了专门开发的国产气动元件。这说明气动技术已渗透到各行各业,并且正在日益扩大。气动技术的应用主要在:

(1)汽车、轮船等制造业:包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、等方面。

(2)生产自动化:机械加工生产线上零件的加工和组装,如工件的搬运、转位、定位、检测等工序。

(3)某些机械设备:冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、等许多场合

(4)电子半导体、家电制造业:硅片的搬运、元器件的插入与锡焊, 彩电、冰箱的装配生产线等。

(5)包装过程自动化:化肥、粮食、食品、药品等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工气动系统发展及趋势序。用于对粘稠液体(如化妆品、牙膏等)和有毒气体(如煤气等)的自动计量灌装。

三、气动技术的发展及趋势

近年来随着微电子和计算机技术的引入，新材料、新技术、新工艺的开发和应用，气动元器件和气动控制技术迎来了新的发展空间，正向微型化、多功能化、集成化、网络化和智能化的方向发展。从当前市场上的各类气动产品来看，气动元器件的发展主要体现在以下几个方面。

1.向小型化和高性能化发展

经过多年来的努力，内资企业产品水平多数达到上世纪90 年代国外企业产品水平，少数主导产品已达到当代国外企业产品水平。气动元件的性能也在飞速地提高，质量、精度、体积、可靠性等方面均在向用户需求的目标靠拢，主要体现了其小型化、低功耗、高速化、高精度、高输出力、高可靠性和高寿命的发展趋势。

如市场上已经普及的CJ1 型针笔型气缸，其缸径可小至2.5～15 mm，如图1 所示；如SMC公司研

制的三通直动式V100 系列电磁阀（如图2 所示），耗电量仅0.1 W、响应时间低于10 ms，寿命超过1 亿次、抗污能力极强，其全新的设计有划时代的意义[1，2]。

图2. SMC的针笔形气缸图2. “阿基里斯”六脚勘探员气动机器人

气缸的高速化发展对提高装置的生产效率非常重要，是气动技术发展的必然趋势。但是，气缸高速化发展的同时也相应需要解决一系列技术问题，如密封料、密封形状、气缸的驱动方式，以及如何吸收冲击惯量进行缓冲等问题。对此，国外各企业十分重视，如SMC开发的正弦气缸最高运行速度达500 mm/s，加速度小于5 m/s2，有效地解决了高速和低冲击的矛盾[2]。

2.多功能化发展

为了满足用户对元件多品种的不同需求，元件的多样化和多功能化势在必行。执行元件不仅要具有各种安装形式，开发出来了各种具有导向机构和连接结构的气缸、摆动缸，适用各种环境（如抗腐蚀、耐污染、耐高低温、抗震动等）特殊系列的气动执行元件、超高速和低速元件。在结构上也应该多样化，如有活塞杆、无活塞杆，双活塞杆、磁性活塞、椭圆活塞、带阀气缸、带行程开关或传感器网络化和智能化结合现场总线和局域网技术进行过程控制和监视技术的实现，气动产品开始具有判断推理、逻辑思维和自主决策能力。

德国FESTO公司的元件制造的“阿基里斯”六脚勘探员气动机器人，如图2，它能够自主探测并安全地绕过前方的障碍物，在人不易进人的危险区域、污染或放射性的环境中进行地形侦察等工作。在这方面，我国执行元件的品种，和国际水平存在较大的差距，值得欣喜的是，近年来很多企业开始重视这方面的工作，而且在市场上出现许多小型专业化企业，开发或仿制一些新型执行元件，逐渐形成了自己独特的产品特色，值得重视和鼓励。

3.集成化发展

计算机技术、微电子技术和IC 技术的发展，使得机电一体化有了更加广阔的发展空间。在原来的气控阀、气动执行元件上安装一些电子元件或装置，如D/A 转换，信号放大、调制、解码、测量与信号反馈等等，从而实现将电子与气动控制阀结合在一体，甚至直接与执行元件集成化的气动装置，极大地提高了系统可靠性和维修使用性能。这是一个极为重要的发展方向，也是气动技术发展的必然趋势[5]。

4.网络化和智能化发展

计算机网络技术的迅猛发展，制造业的过程控制和监视技术方兴未艾，现场总线和局域网技术使集成制造信息和集成制造过程已成了大势。气动技术的发展也体现在其产品智能化上，要求其具有判断推理、逻辑思维和自主决策的能力。世界许多国家的著名气动公司都在从事这方面的研究，智能阀岛和气动工业机器人就是其最具代表性的产品。如今，阀岛技术已经得到了工业界的普遍欢迎，应用极为广泛。阀岛和现场总线技术的结合，大大简化了设备的各种端口，并借助两者的优势，发展成为了可编程阀岛、模块式阀岛和紧凑型阀岛等，计算机网络的优势尽显其中。