气动技术的发展现状及其应用前景

收稿日期:2010-12-13

作者简介:杨天兴(1974-),男,甘肃景泰人,硕士,副教授,从事液压与气动技术的教学与研究工作。

doi:10.3969/j .issn .1005-2798.2011.04.016

气动技术的发展现状及其应用前景

杨天兴

(兰州城市学院,甘肃兰州　730070)

摘　要:气动技术与其它传动技术相比具有安全、高效、节能、寿命长、成本低和无污染等优点,文章对气动技术的发展现状和应用前景作了简要介绍。关键词:气动技术;发展现状;发展趋势

中图分类号:T H138 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2011)04-0039-03

气动是“气动技术”或“气压传动与控制”的简称。气动技术是以空气压缩机为动力源,以压缩空气为工作介质,进行能量传递或信号传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。在人类追求与自然界和平共处的今天,研究并大力发展气压传动,对于全球环境与资源保护有着相当特殊的意义。随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。特别是成本低廉、结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用,在工业企业自动化中具有非常重要的地位。

1　气动技术的发展历史

气压传动的应用历史非常悠久。早在公元前,

埃及人就开始利用风箱产生压缩空气用于助燃。后来,人们懂得用空气作为工作介质传递动力做功,如古代利用自然风力推动风车、带动水车提水灌溉、利用风能航海。从18世纪的产业革命开始,气压传动逐渐被应用于各类行业中,如矿山用的风钻、火车的刹车装置、汽车的自动开关门等。而气压传动应用于一般工业中的自动化、省力化则是近些年的事情。目前世界各国都把气压传动作为一种低成本的工业自动化手段应用于工业领域。国内外自20世纪60年代以来,随着工业机械化和自动化的发展,气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。目前气压传动元件的发展速度已超过了液压元件,气压传动已成为一个独立的专门技术领域。

2　气动技术的发展现状

2.1　气压传动的优缺点

气压传动与电气传动、机械传动、液压传动相

比,具有如下优缺点[1-4]

:

1)　以空气为工作介质,容易取得;用后的空

气排到大气中,处理方便,与液压传动相比不必设置

回油装置。

2)　因空气的粘度很小,流动过程中能量损失也很小,节能、高效,适用于集中供应和远距离输送。

3)　与液压传动相比,气动动作反应快,维护简单,工作介质清洁,不存在介质变质及补充等问题。

4)　工作环境适应性好,特别适合在易燃,易爆,多尘埃,强磁,强辐射,振动等恶劣条件下工作,外泄露不污染环境,在食品、轻工、纺织、印刷、精密检测等环境中采用最为适宜。

5)　成本低,过载能自动保护。6)　由于空气具有可压缩性,因此工作速度稳定性较差。

7)　因工作压力低(一般0.3～l MPa ),结构尺寸不宜过大,总输出力不宜大于10～40k N 。

8)　噪声较大,在高速排气时要加消声器。9)　气动装置中的气动信号传递速度比电子及光速慢,因此,气动信号传递不适用高速复杂的回路。

10)　因空气本身无润滑性能,故在气路中应设置给油润滑装置。2.2　气压传动的应用现状

气压传动技术目前的应用范围相当广泛,许多机器设备中装有气压传动系统,在工业各领域,如机械、电子、钢铁、运输车辆及制造、橡胶、纺织、化工、食品、包装、印刷和烟草领域等,气压传动技术已成为基本组成部分。在尖端技术领域如核工业和宇航中,气压传动技术也占据着重要的地位。

1)　机械制造业。其中包括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、夹

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3实用技术

总第139期

紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等工序;冷却、润滑液的控制等;铸造生产线上的造型、捣固、合箱等。

2)　汽车制造业。其中包括焊装生产线、车体部件自动搬运与固定、自动焊接、夹具、输送设备、组装线、涂装线、发动机、轮胎生产装备等方面。

3)　电子I C及电器行业。如用于硅片的搬运,元器件的插装与锡焊,彩电、冰箱的装配生产线等。

I C芯片的制造工艺条件、制造环境的要求非常苛刻,在I C芯片的制造中采用了大量高真空“无尘”超洁净的气动元件。

4)　石油、化工业、介质管道运输送业。用管道输送介质的自动化流程绝大多数采用气动控制,如石油提炼加工、气体加工、化肥生产等。

5)　轻工食品包装业。其中包括各种半自动或全自动包装生产线,例如:酒类、油类、煤气罐装,聚乙烯、化肥和各种食品的包装等。

6)　机器人。例如装配机器人,喷漆机器人,搬运机器人以及爬墙、焊接机器人等。

7)　其它。如车辆刹车装置,车门启闭装置,颗粒物质筛选,鱼雷导弹自动控制装置等。

目前各种气动工具的广泛使用,也是气动技术应用的一个组成部分。气动技术还应用在自动喷气织布机、自动清洗机、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、人造革生产线、玻璃制品加工线等许多场合。

3　气动技术的发展趋势

1)　小型化、节能化。气动元件的有些使用场合主要是满足在有限的空间要求气动元件外形尺寸尽量小的要求。小型化是主要发展趋势。微型气动元件不但用于机械加工及电子制造业,而且用于制药业、医疗技术、包装技术等。在这些领域中,已经出现活塞直径小于2.5mm的气缸、宽度为10mm 的气阀及相关的辅助元件,并正在向微型化及系列化方向发展。如可以用于小型和微型机械设备场合的CJP针笔型气缸缸径小至2.5～15mm[5];薄型气缸CU系列、CQ2系列、MU系列气缸属节省安装空间型气缸。气动元件的低功耗能够节约能源,并能更好地与微电子技术相结合。功耗≤0.5W的电磁阀已开发和商品化,可由计算机直接控制。S MC生产的数十种系列低功耗与微电子化电磁阀中,电磁铁的消耗功率大都在1.8W以下,小型阀有的功率仅为0.45W,盲动型阀的功率一般也都小于4W[6]。节能气枪VMG系列就是通过气枪内部流路和喷嘴的优化设计,使压缩空气的消耗量降低50%～75%[7]。在美国,压缩空气系统的总功率已超过12.7×106k W。在压缩空气系统的寿命周期费用中,动力费用是唯一最大的费用,一般超过寿命周期总费用的30%,差的情况下可达40%～50%,良好情况下可能只占10%～20%[8]。

2)　组合化、集成化。最常见的组合是带阀、带开关气缸。在物料搬运中,还使用了气缸、摆动气缸、气动夹头和真空吸盘的组合体,同时配有电磁阀、程控器,结构紧凑,占用空间小,行程可调。这些具有组合功能的气缸,大大方便了用户的选择与使用。可以说,市场的需求,技术的竞争把气缸的发展带入到一个多样化的新时代。气动元件过滤器、减压阀和油雾分离器集成的气动三大件(F、R、L)用于空气调质,根据用户的不同要求,可以考虑有不同的组合[6]。

3)　精密化。目前开发了非圆活塞气缸、带导杆气缸等可减小普通气缸活塞杆工作时的摆转;为了使气缸精确定位开发了制动气缸等。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。在精密气缸方面已开发了0.3mm/s低速气缸和承载力为0.01N的微小气缸。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的减压阀业已开发出来[9]。

4)　高速化。目前气缸的活塞速度范围为50～750mm/s。为了提高生产率,自动化的节拍正在加快。今后要求气缸的活塞速度提高到5～10m/s。与此相应,阀的响应速度也将加快,要求由现在的1/100秒级提高到1/1000秒级。气缸的高速化发展对提高装置的生产效率有着重要意义,近年来S MC、CK D、T A I Y O、OR I G A、NORGREN、MEC2 ME N等公司研制的无活塞杆气缸的速度都已达到2m/s以上,其它类型的高速气缸甚至达到了3～4m/s的速度[6]。

5)　无油、无味、无菌化。由于人类对环境的要求越来越高,不希望气动元件排放的废气带油雾污染环境,因此无油润滑的气动元件将会普及。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出来。前田商用服务(株)公司研制出了水滴为零、油雾99.99%、过滤精度为0.1μm的抗菌、除菌空气过滤器,广泛用于食品工厂[10]。

6)　高寿命、高可靠性。气动元件大多用于自动化生产中,元件的故障往往会影响设备的运行,使生产线停止工作,造成严重的经济损失,因此,对气动元件的工程可靠性提出了更高的要求。以第二汽

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