油氣缸在液壓領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

孫 超

摘 要：氣缸和油缸是氣壓和液壓系統(tǒng)中最常見的重要設(shè)備，它們的工作性能直接影響液壓系統(tǒng)的性能好壞。本文從液壓系統(tǒng)的發(fā)展，柔性制造技術(shù)的影響，油缸氣缸的性能要求等方面探討現(xiàn)有技術(shù)和其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：油缸氣缸 柔性制造 組合油缸

氣缸和油缸是氣壓和液壓系統(tǒng)中最常見的重要設(shè)備，它們的工作性能和品質(zhì)直接影響液壓系統(tǒng)的性能好壞。對(duì)氣缸和油缸的研究也對(duì)液壓系統(tǒng)的開發(fā)有著非常重要的意義。

1.液壓系統(tǒng)的發(fā)展.

液壓系統(tǒng)的歷史比較悠久，他是在17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。剛開始的時(shí)候是為了得到更省力和更高速的設(shè)備，液壓系統(tǒng)得到了使用，并且在1795年英國倫敦誕生了第一臺(tái)水壓機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度和加工精度越來越高，液壓系統(tǒng)的控制技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。勞動(dòng)生產(chǎn)率的不斷提高，熟練工人的缺乏和勞動(dòng)力成本的提升需要把手工的勞動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械操作，具有質(zhì)美價(jià)廉優(yōu)勢的氣壓和液壓設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)業(yè)和電腦的快速發(fā)展，更加輕巧和精密的氣壓和液壓設(shè)備投入使用，這就是液壓系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀。

2.柔性制造技術(shù)對(duì)氣缸和油缸的影響.

[JP2]柔性制造技術(shù)也稱柔性集成制造技術(shù)，是一種先進(jìn)的制造技術(shù)理念，它對(duì)氣壓和液壓技術(shù)的發(fā)展有著重要的影響。大部分氣壓和液壓系統(tǒng)中的油缸和氣缸具有柔性制造技術(shù)中所必需的三相似原則：形狀，尺寸和工藝相似。多品種小批量生產(chǎn)模式與大批量生產(chǎn)方式是有差別的，它要求在一定的時(shí)間內(nèi)，以消耗最小的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)出客戶所需要的一定數(shù)量的產(chǎn)品。因此，不是生產(chǎn)速度越快越好，而是要求盡可能提到生產(chǎn)效率和減少庫存壓力。要達(dá)到這個(gè)目的，多品種小批量生產(chǎn)就希望能自由轉(zhuǎn)換生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)流程，并盡量縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間。這些復(fù)雜的轉(zhuǎn)換技術(shù)就與液壓和氣壓設(shè)備有關(guān)。但是，柔性制造技術(shù)中使用的油缸和氣缸，只不過是力的傳遞和位置變化的元件，雖然相對(duì)來說結(jié)構(gòu)比較簡單，它的功能和性能達(dá)到目標(biāo)的要求還是非常困難的。.

3.油缸和氣缸在柔性制造中的性能要求.

3.1傳感器技術(shù)

油缸和氣缸中使用的傳感器技術(shù)主要包括位置傳感器和觸動(dòng)傳感器，用來測定活塞在油缸和氣缸中的位置和確定對(duì)外施加力量的大小。以前，用在機(jī)械設(shè)備旁安裝限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)不連續(xù)控制設(shè)備?，F(xiàn)在由于接近開關(guān)的性能和可靠性的不斷提高，在油缸和氣缸中安裝舌簧開關(guān)來測定活塞的位置成為了液壓和氣壓設(shè)備生產(chǎn)的主流。

舌簧開關(guān)有鐵片接近式和磁性接近式兩種。它安裝在非磁性缸體上，檢測裝在活塞上的鐵片或者磁鐵的接近而產(chǎn)生的磁場變化情況后發(fā)出位置信號(hào)。舌簧開關(guān)的工作原理是在舌簧開關(guān)內(nèi)殼中接觸片在磁力作用下處于平衡狀態(tài)，在有鐵片或者磁鐵接近的時(shí)，磁場發(fā)生變化，接觸片的平衡狀態(tài)被打破，并與觸點(diǎn)接觸，線路接通并發(fā)出信號(hào)。液壓情況下，由于油液的不可壓縮性，控制精度是非常高的，理論上可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。氣壓情況下，由于氣體的可壓縮性，控制精度有所降低，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，單靠舌簧開關(guān)難以保證活塞在任意位置停止，只能實(shí)現(xiàn)不連續(xù)控制。

油缸還要安裝必須的觸覺傳感器，來檢測夾住的物體的剛性，并確定應(yīng)施加力量的大小。為達(dá)到這個(gè)目的要對(duì)油缸進(jìn)行精密控制和結(jié)構(gòu)調(diào)整。例如，活塞在缸內(nèi)滑動(dòng)時(shí)阻力微小，壓力微小的變化就能使活塞滑動(dòng)；減小活塞重量從而減小滑動(dòng)體的慣性；開發(fā)能夠控制壓力微小變化的調(diào)節(jié)儀器；為了能測量被夾住物體的剛性還要開發(fā)油缸前端橡皮袋設(shè)備，其作用是感受袋中壓力微小變化，發(fā)出觸覺信號(hào)，改變執(zhí)行單元對(duì)外施力大小，精確控制袋內(nèi)壓力。

3.2精確控制的執(zhí)行單元

執(zhí)行單元的作用是按照調(diào)節(jié)單元發(fā)出的目標(biāo)指令完成動(dòng)作功能。為了完成這些功能，控制執(zhí)行單元?jiǎng)幼鞯挠透滓瓿傻膭?dòng)作要素有力、距離、速度、加速度和時(shí)間，并且為了完成控制，油缸要發(fā)出位置、壓力和時(shí)間信號(hào)。完成這種精確地控制是非常困難的，油缸必須克服自身的慣性力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的加速、減速運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在使用的油缸一般都采用帶有脈沖編碼器和磁尺的裝置來對(duì)振蕩器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的方式來確定活塞位置和進(jìn)行加速、減速運(yùn)動(dòng)。氣缸中則在活塞連桿上加裝行程開關(guān)的方式抵消空氣的可壓縮性和慣性，但其控制精度還是不能滿足精確地要求。

3.3節(jié)能系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)中的油缸的節(jié)能措施能有效的減少能量的消耗和工作中的阻力等好處。常見的減少能量消耗的方法如下：

（1）不要將溢流閥的設(shè)定壓力設(shè)定過高，避免可用能量以熱能形式釋放出去。

（2）安設(shè)儲(chǔ)能器，停機(jī)時(shí)保證泵和壓縮機(jī)的能量供給。

（3）敷設(shè)節(jié)能回路有效的利用氣缸內(nèi)的空氣。

（4）采用平衡油缸，降低能量損耗。

另外，機(jī)械小型化也是節(jié)能的一種辦法。通常來說，物體移動(dòng)所耗費(fèi)的能量與其重量成正比，所以油缸和氣缸做的體積小和重量輕能有效的節(jié)能，并且氣缸必油缸節(jié)能?，F(xiàn)在運(yùn)用中，低壓油缸越來越多也是從節(jié)能角度來考慮的。常見的小型化油缸和汽缸有薄型油缸和氣缸、無桿式油缸、套管式油缸等。

3.4組合化油缸

組合化油缸是在機(jī)械上安裝符合管路敷設(shè)合理化要求的設(shè)備和管路，以達(dá)到便于實(shí)際應(yīng)用的目的。上面講到的舌簧開關(guān)油缸便是一種典型的組合化油缸。另外，還有帶有脈沖編碼器、速度調(diào)節(jié)閥，電磁調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的組合油缸。組合化油缸雖然在功能上更強(qiáng)大結(jié)構(gòu)上更緊湊，但是組合是在機(jī)械內(nèi)部時(shí)，維修維護(hù)上就比較困難了。所以，組合化要考慮實(shí)際的維護(hù)問題。

3.5密封的可靠性

現(xiàn)在人們?cè)絹碓街匾晫?duì)油缸的耐久性研究。由于油缸中的主要運(yùn)動(dòng)是滑動(dòng)，所以滑動(dòng)件特別是密封件是非金屬材料制造而成的，它的壽命是有限的?；瑒?dòng)件之間的磨損對(duì)密封件的壽命影響很大，所以研究滑動(dòng)件的材質(zhì)要與密封件的材質(zhì)研究結(jié)合起來。油缸滑動(dòng)件的研究主要集中在耐塵的刮油環(huán)和密封件的研究開發(fā)上。對(duì)于氣壓系統(tǒng)來說，考慮到節(jié)能、環(huán)境污染和自動(dòng)化等因素，一般采用耐久性較好的無油式密封件，但無油式密封件的壽命是一個(gè)較大的問題。現(xiàn)在的研究目標(biāo)是使無油式密封件達(dá)到注油式密封件的壽命水平?，F(xiàn)在密封件的主要材料是橡膠，其與金屬材料配合使用，在高速情況下的磨損非常嚴(yán)重。耐磨的樹脂材料密封件是發(fā)展的方向。

4.結(jié)束語.

氣缸和油缸作為氣壓和液壓系統(tǒng)的重要部件，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著決定性的影響。我們研究氣缸和油缸的性能指標(biāo)、控制方式和節(jié)能措施并探討其發(fā)展趨勢有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹小軍. 液壓設(shè)備技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [M]. 液氣壓世界，2012.

[2]潘衛(wèi)軍. 現(xiàn)代柔性制造技術(shù)及其發(fā)展 [M].裝備制造技術(shù)，2010.