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。對氣缸和油缸的研究也對液壓系統(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世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動理論的基礎(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水壓機。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械設(shè)備的自動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。勞動生產(chǎn)率的不斷提高，熟練工人的缺乏和勞動力成本的提升需要把手工的勞動轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械操作，具有質(zhì)美價廉優(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)，是一種先進的制造技術(shù)理念，它對氣壓和液壓技術(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。要達到這個目的，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，雖然相對來說結(jié)構(gòu)比較簡單，它的功能和性能達到目標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傳感器，用來測定活塞在油缸和氣缸中的位置和確定對外施加力量的大小。以前，用在機械設(shè)備旁安裝限位開關(guān)實現(xiàn)不連續(xù)控制設(shè)備。現(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。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，磁場發(fā)生變化，接觸片的平衡狀態(tài)被打破，并與觸點接觸，線路接通并發(fā)出信號。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。為達到這個目的要對油缸進行精密控制和結(jié)構(gòu)調(diào)整。例如，活塞在缸內(nèi)滑動時阻力微小，壓力微小的變化就能使活塞滑動；減小活塞重量從而減小滑動體的慣性；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，改變執(zhí)行單元對外施力大小，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)出的目標指令完成動作功能。為了完成這些功能，控制執(zhí)行單元動作的油缸要完成的動作要素有力、距離、速度、加速度和時間，并且為了完成控制，油缸要發(fā)出位置、壓力和時間信號。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)定的時間內(nèi)實現(xiàn)最佳的加速、減速運動?，F(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振蕩器輸出的數(shù)字信號進行處理的方式來確定活塞位置和進行加速、減速運動。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)儲能器，停機時保證泵和壓縮機的能量供給。

（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，機械小型化也是節(jié)能的一種辦法。通常來說，物體移動所耗費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。現(xiàn)在運用中，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，以達到便于實際應(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大結(jié)構(gòu)上更緊湊，但是組合是在機械內(nèi)部時，維修維護上就比較困難了。所以，組合化要考慮實際的維護問題。

3.5密封的可靠性

現(xiàn)在人們越來越重視對油缸的耐久性研究。由于油缸中的主要運動是滑動，所以滑動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。滑動件之間的磨損對密封件的壽命影響很大，所以研究滑動件的材質(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。對于氣壓系統(tǒng)來說，考慮到節(jié)能、環(huán)境污染和自動化等因素，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較大的問題。現(xiàn)在的研究目標是使無油式密封件達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，其性能對整個系統(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、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)實意義和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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