气动技术及其元件发展趋势

1、中文摘要 毕毕 业业 论论 文文气动技术及其元件发展趋势气动技术及其元件发展趋势作作 者：者：_ _ 学学 号：号： 专专 业：业： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化_指导教师：指导教师： 中文摘要 气动技术及元件的发展趋势气动技术及元件的发展趋势摘 要气动是“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之一。到 60 年代尤其是 70 年代初，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。它具有节能、无污染、高效、低成本、安全

2、可靠、结构简单等优点,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,气动技术应用面的扩大是气动工业发展的标志. 关键词关键词： 气动技术；自动化；优点；应用哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文 目目 录录1 引言.11.1 气动技术及其元件的发展历程 .11.2 气动技术及元件的现阶段应用 .22 气动技术及现状和趋势.52.1 气动技术的现状 .52.1.1 基本概况.52.1.2 当前供需概况 .52.2 气动技术的发展趋势 .62.2.1 影响发展的主要因素 62.2.2 发展走势 62.3 气动元件 72.3.1 气动元件的内容及特

3、点 72.3.2 我国气动元件的发展 13 发展气动技术应注意的问题.94 结论.10参考文献.12致谢.13哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文 1 1 引言引言1.11.1 气动技术及其元件的发展历程气动技术及其元件的发展历程我国液压（含液力，下同）、气动和密封件工业发展历程，大致可分为三个阶段，即：20 世纪 50 年代初到 60 年代初为起步阶段；6070 年代为专业化生产体系成长阶段;8090 年代为快速发展阶段。其中,液压工业于 50 年代初从机床行业生产仿苏的磨床、拉床、仿形车床等液压传动起步，液压元件由机床厂的液压车间生产，自产自用。进入 60 年代后，液压技术的应用从机床逐渐

4、推广到农业机械和工程机械等领域，原来附属于主机厂的液压车间有的独立出来，成为液压件专业生产厂。到了 60 年代末、70年代初，随着生产机械化的发展，特别是在为第二汽车制造厂等提供高效、自动化设备的带动下，液压元件制造业出现了迅速发展的局面，一批中小企业也成为液压件专业制造厂。1968 年中国液压元件年产量已接近 20 万件；1973 年在机床、农机、工程机械等行业，生产液压件的专业厂已发展到 100 余家，年产量超过 100 万件，一个独立的液压件制造业已初步形成。这时，液压件产品已从仿苏产品发展为引进技术与自行设计相结合的产品，压力向中、高压发展，并开发了电液伺服阀及系统，液压应用领域进一步

5、扩大。气动工业的起步比液压稍晚几年，到 1967 年开始建立气动元件专业厂，气动元件才作为商品生产和销售。含橡塑密封、机械密封和柔性石墨密封的密封件工业，50 年代初从生产普通 O 型圈、油封等挤压橡塑密封和石棉密封制品起步，到60 年代初，开始研制生产机械密封和柔性石墨密封等制品。70 年代，在原燃化部、一机部、农机部所属系统内，一批专业生产厂相继成立，并正式形成行业，为密封件工业的发展成长奠定了基础。 进入 80 年代，在国家改革开放的方针指引下，随着机械工业的发展，基础件滞后于主机的矛盾日益突出，并引起各有关部门的重视。为此，原一机部于 1982 年组建了通用基础件工业局，将原有分散在机

6、床、农业机械、工程机械等行业归口的液压、气动和密封件专业厂，统一划归通用基础件局管理，从而使该行业在规划、投资、引进技术和科研开发等方面得到基础件局的指导和支持。从此进入了快速发展期，先后引进了 60 余项国外先进技术，其中液压 40 余项、气动 7 项，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文219911998 年国家、地方和企业自筹资金总投入共约 20 多亿元，其中液压 16 亿多元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下了良好基

7、础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现出勃勃生机。随着国家进一步开放，三资企业迅速发展，对提高行业水平和扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国著名厂商合资或由外国厂商独资建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、气源处理三联件、机械密封、橡塑密封等类产品生产企业 50 多家，引进外资 2 亿多美元1。1.21.2 气动技术及其元件的现阶段应用气动技术及其元件的现阶段应用气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全

8、可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。过去汽车、拖拉机等生产线上的气动系统及其元件，都由各厂自行设计、制造和维修。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。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有 12 百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、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。我国的气动工业虽然达到了一定规模与技术水平，但是与国际先进水平相比，差距甚大

9、。我国气动产品产值只占世界总产值的 1.3%，仅为美国的 1/21，日本的 1/15，德国的 1/8。这与 10 多亿人口的大国很不相称。从品种上看，日本一家公司有 6500 个品种，我国只有它的 1/5。产品性能和质量水平的差距也很大。由于气动技术越来越多地应用于各行业的自动装配和自动加工小件、特殊物品的设备上，原有传统的气动元件性能正在不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面：体积更小，重量更轻，功耗更低.在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文3体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻

10、型化是气动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大姆指大小、有效截面积为 0.2mm2 的超小型电磁阀。能开发出外形尺寸小而流量较大的元件更为理想。为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高 23.3倍。有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅 10mm，有效面积可达 5mm2;宽 15mm,有效面积达 10mm2 等。国外电磁阀的功耗已达 0.5W，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。气源处理组合件，国内外大多采用了积木式的砌块结构，不仅尺寸紧凑，而且结合、维修都很方便2。执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便.为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。带伺服

11、系统的气缸，即使供气压力和所负的载荷变化，仍可获得0.1mm 的定位精度。在国际展览会上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。多功能化，复合化.为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按 X 轴和 Z 轴组

12、合而成。该组件可搬动 3kg 重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化.带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。气动伺服定位系统已有产品进入市场。该系统采

13、用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反馈控制。气缸最大速度达 2m/s、行程 300mm 时，系统定位精度0.1mm。日本哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文4试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。更高的安全性和可靠性.从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压

14、力提高到使用压力的 45 倍，耐压时间增加到 515min，还要在高、低温度下进行试验。如果贯彻这些国际标准，国内的缸筒、端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标准要求。除耐压试验处，结构上也作了某些规定，如气源处理的透明壳外部规定要加金属防护罩。气动元件的许多使用场合，如轧钢机、纺织流水线等，在工作时间内不能因为气动元件的质量问题而中断，否则会造成巨大损失，因此气动元件的工作可靠性显得非常重要。在航海轮船上，使用的气动元件不少，但能打进这个领域的气动元件厂不多，原因是其对气动元件的可靠性要求特别高，必须通过有关国际机械的认证3。向高速、高频、高响应、高寿命方向发展.为了提高生产设备的生产效率，

15、提高执行元件的工作速度势在必行。现在我国的气缸工作速度一般在 0.5m/s 以下。根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到 12m/s，有的要求达 5m/s。气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。电磁阀的响应时间将小于 10ms，寿命提高到 5000 万次以上。美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达 2 亿次。普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求.由于环境污染以及电子、医疗、食品等行业的要求，环境中不允许有油，因此无油润滑是气动元件的发展趋向，同时无油润滑可使系统简化。

16、欧洲市场上油雾器已属淘汰的产品，普遍做到了无油润滑。此外，为了满足某些特殊要求，除臭、除菌和精密过滤器正在不断开发，过滤精度已达 0.10.3m，过滤效率已达 99.9999%。针对某些特殊要求，改进和开发气动产品，即可占领一块市场，获得不小的经济效益，这已被大家共识。济南华能气动元器件公司为铁路编组和轮轨润滑的特殊要求开发了气缸和阀，受到了铁道部门的关注。使用新材料，与新技术相结合.国外开发了膜式干燥器，该干燥器利用高科技的反哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文5渗析薄膜滤去压缩空气中的水分，有节能、寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等特点、适用于流量不大的场合。以聚四氟乙稀为主体的复合材料制

17、造的气动密封件能耐热（260），耐寒（-55）和耐磨，其使用场合越来越多。 为了提高质量，真空压铸、氢氧爆炸去毛刺等新技术正在气动元件制造中逐步推广。便于保养、维修和使用.国外正在研究使用传感器实现气动元件及系统具有故障预报和自诊断功能。2 2 气动技术及其元件的现状和发展趋势气动技术及其元件的现状和发展趋势2.12.1 气动技术及其元件的现状气动技术及其元件的现状2.1.12.1.1 基本概况基本概况 经过 40 多年的努力,我国液压,气动和密封件行业已形成了一个门类比较齐全,有一定生产能力和技术水平的工业体系。据 1995 年全国第三次工业普查统计，我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销

18、售收入在 100 万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有 1300 余家，其中液压约 700 家，气动和密封件各约300 余家。按 1996 年国际同行业统计，我国液压行业总产值 23.48 亿元，占世界第 6位；气动行业总产值 4.19 亿元，占世界第 10 位。 2.1.22.1.2 当前供需概况当前供需概况 通过技术引进，自主开发和技术改造，高压柱塞泵、齿轮泵、叶片泵、通用液压阀门、油缸、无油润滑气动件和各类密封件第一大批产品的技术水平有了明显的提高，并可稳定的批量生产，为各类主机提高产品水平提供了保证。另外，在液压气动元件和系统的 CAD、污染控制、比例伺服技术

19、等方面也取得一定成果，并已用于生产。目前，液压、气动和密封件产品总计约有 3000 个品种、23000 多个规格。其中，液压有 1200个品种、10000 多个规格（含液力产品 60 个品种、500 个规格）；气动有 1350 个品种、8000 多个规格；橡塑密封有 350 个品种、5000 多个规格，已基本能适应各类主机产品的一般需要,为重大成套装备的品种配套率也可达 60%以上,并开始有少量出口。 1998 年国产液压件产量 480 万件，销售额约 28 亿元（其中机械系统约占 70%）；气动件产量 360 万件，销售额约 5.5 亿元（其中机械系统约占 60%）；密封件产量约 8亿件，销

20、售额约 10 亿元（其中机械系统约占 50%）。据中国液压气动密封件工业协会哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文61998 年年报统计，液压产品产销率为 97 .5%（液力为 101%），气动为 95.9%，密封为98.7%。这充分反映了产销基本衔接。 我国液压、气动和密封工业虽取得了很大的进步，但与主机发展需求，以及和世界先进水平相比,还存在不少差距,主要反映在产品品种、性能和可靠性等方面。以液压产品为例,产品品种只有国外的 1/3,寿命为国外的 1/2。为了满足重点主机、进口主机以及重大技术装备的需要，每年都有大量的液压、气动和密封产品进口。据海关统计及有关资料分析,1998 年液压、气动

21、和密封件产品的进口额约 2 亿美元,其中液压约1.4 亿美元,气动近 0.3 亿美元，密封约 0.3 亿美元,比 1997 年稍有下降。按金额计，目前进口产品的国内市场占有率约为 30%。1998 年国内市场液压件需求总量约 600 万件，销售总额近 40 亿元；气动件需求总量约 500 万件，销售总额 7 亿多元；密封件需求总量约 11 亿件，销售总额约 13 亿元4。 2.22.2 气动技术及其元件的发展趋势气动技术及其元件的发展趋势2.2.12.2.1 影响发展的主要因素影响发展的主要因素 （1）企业产品开发能力不强，技术开发的水平和速度不能完全满足先进主机产品、重大技术装备和进口设备的

22、配套和维修需要； （2）不少企业的制造工艺、装备水平和管理水平都较落后,加上质量意识不强,导致产品性能水平低、质量不稳定、可靠性差，服务不及时，缺乏使用户满意加信赖的名牌产品； （3）行业内生产专业化程度低，力量分散，低水平重复严重，地区和企业之间产品趋同，盲目竞争，相互压价，使企业效益下降，资金缺乏、周转困难，产品开发和技术改造投入不足，严重地制约了行业整体水平的提高以及竞争实力的增强； （4）国内市场国际化程度日益提高，国外公司纷纷进入中国市场参与竞争，加上国内私营、合作经营、个体、三资等企业的崛起，给国有企业造成愈来愈大的冲击。 2.2.22.2.2 发展走势发展走势 随着社会主义市场经

23、济的不断深化，液压、气动和密封产品的市场供求关系发生较大变化，长期来以“短缺”为特征的卖方市场已基本成为以“结构性过剩”为特征的买方市场所取代。从总体能力看，已处于供大于求的态势，特别是一般低档次液压、气动和密封件，普遍供过于求；而主机急需的技术含量高的高参数、高附加值的高档哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文7产品，又不能满足市场需要，只能依赖于进口。在我国加入 WTO 后，其冲击有可能更大。因此，“十五”期间行业产值的增长，决不能依赖于量的增长，而应针对行业自身的结构性矛盾，加大力度，调整产业结构和产品结构，也就是应依靠质的提高，促进产品技术升级，以适应和拉动市场需求，求得更大的发展。随着

24、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。以日本为例， 20 世纪 90 年代初，气动产品销售值与液压相比是 2：3，20 世纪 90 年代后期，两者持平，现在两者之比已超过液压。气动工业的高速增长，进一步刺激了气动技术的发展。气动产品的发展趋势主要体现在以下方面： 一、小型化、集成化。气动元件有些使用场合，如在制鞋、电阻、电容制造和线路板检测等装置，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。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

25、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、维修和提高可靠性。 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 x 和 y 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。 三、精密化。为了减小普通气缸活塞杆的摆动，目前有些企业已开发了椭圆活塞气缸、并列双缸气缸、带导杆气缸等；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 001mm。在气缸精密方面还开发了 03mms

26、低速气缸和 0 01n 微小载荷气缸。目前，在气源处理中，过滤精度 001mm，过滤效率为 999999的过滤器和灵敏度 0001mpa的减压阀国内有些企业已开发出来。 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 50750mms。在目前市场需求下，要求气缸的活塞速度提高到 5ms，最高达 10ms。据调查，五年后，速度 25 ms 的气缸需求量将增加 25 倍，5ms 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 1100 秒级提高到 11000 秒级。哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文8 五、无油、无味、无

27、菌化。由于气动元件的废气直接排放到空气中，但人类对环境的要求越来越高，不希望带油雾的空气来污染环境，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。 六、高寿命、高可靠性和自诊断功能。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，对气动元件的工程可靠性提出了更高的要求。目前，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

28、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。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 05w 的电磁阀早已商品化，04w、0 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。为了实现这种控制方式要解决计算机的电信号（数字信号），传感器反馈信号（模拟信号）和气动控制信号（气压或气流量）三者之间的相互转换。一般的传感器解决了模拟信号转换成数字信号，为此气与电信号之间转换，成了实现闭路控制的关键，比例控制

29、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与气比例伺服系统，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。 九、应用新技术、新工艺、新材料。在产品开发和制造中，能否善于应用新技术、新工艺、新材料是体现企业技术素质的一个重要方面。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）目前已在国内逐步推广；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。 十、标准化。气动行业贯彻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

30、产品应贯彻与气功有关的现行标准，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5。哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文92.32.3 气动元件气动元件2.3.12.3.1 气动元件的内容及特点气动元件的内容及特点（1 1）气动元件的内容）气动元件的内容通过气体的压强或膨胀产生的力来做功的元件，即将压缩空气的弹性能量转换为动能的机件。如 气缸、气动马达、蒸汽机等。它是一种动力传动形式，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量（2 2）气动元件的特点）气动元件的特点a a 优点优点1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。介质为空气，较之液压介质来说不易燃烧，

31、故使用安全。2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般小于1M/S，比液压和电气方式的动作速度快。4、可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而且电磁阀的寿命大于 3000 万次，某些质量好的阀超过 2 亿次。5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。7、由于空气流

32、动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。b b 缺点缺点1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文102.3.22.3.2 我国气动元件的发展我国气动元件的发展气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。过去汽车、拖拉机等生产线上的气动系统及其元件，

33、都由各厂自行设计、制造和维修。 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。过去国产气动元件的销售要用于维修，近几年，直接为主要配套的销售份额逐年增加。国产气动元件的应用，从价值数千万元的冶金设备到只有12 百元的椅子。铁道扳岔、机车轮轨润滑、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。 我国的气动工业虽然达到了一定规模与技术水平，但是与国际先进水平相比，差距甚大。我国气动产品产值只占世界总产值的1.3%，仅为美国的 1/21，日本的1/15，德国的 1/8

34、。这与 10 多亿人口的大国很不相称。从品种上看，日本一家公司有 6500 个品种，我国只有它的 1/5。产品性能和质量水平的差距也很大。 由于气动技术越来越多地应用于各行业的自动装配和自动加工小件、特殊物品的设备上，原有传统的气动元件性能正在不断提高，同时陆续开发出适应市场要求的新产品，使气动元件的品种日益增加，其发展趋势主要有以下几个方面： 体积更小，重量更轻，功耗更低 .在电子元件、药品等制造行业中，由于被加工件体积很小，势必限制了气动元件的尺寸，小型化、轻型化是气动元件的第一个发展方向。国外已开发了仅大拇指大小、有效截面积为0.2mm2 的超小型电磁阀。能开发出外形尺寸小而流量较大的元

35、件更为理想。为此，相同外形尺寸的阀，流量已提高 23.3 倍。有一种系列的小型电磁阀，其阀体宽仅10mm，有效面积可达5mm2;宽 15mm,有效面积达 10mm2 等。 国外电磁阀的功耗已达 0.5W，还将进一步降低，以适应与微电子相结合。 气源处理组合件，国内外大多采用了积木式的砌块结构，不仅尺寸紧凑，而且结合、维修都很方便。 执行元件的定位精度提高，刚度增加，活塞杆不回转，使用更方便.为了提高气缸的定位精度，附带制动机构和伺服系统的气缸应用越来越普遍。带伺服系统哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文11的气缸，即使供气压力和所负的载荷变 化，仍可获得 0.1mm 的定位精度。 在国际展览会

36、上，各种异型截面缸筒和活塞杆的气缸甚多，这类气缸由于活塞杆不会回转，应用在主机上时，无须附加导向装置即可保持一定精度。此外还开发了不少带各种导向机构的气缸和气缸滑动组件，例如具有两根导向杆的气缸、双活塞杆双缸筒气缸等。 气缸筒外形已不限于圆形、而是方形、米字形或其它形状，在型材上开了导向槽、传感器和开关的安装槽等，让用户安装使用更方便。 多功能化，复合化 .为了方便用户，适应市场的需要开发了各种由多只气动元件组合并配有控制装置的小型气动系统。如用于移动小件物品的组件，是将带导向器的两只气缸分别按 X 轴和 Z 轴组合而成。该组件可搬动 3kg 重物，配有电磁阀、程控器，结构紧凑，占有空间小，行

37、程可调整。又如一种上、下料模块，有七种不同功能的模块形式，能完成精密装配线上的上、下料作业，可按作业内容将不同模块任意组合。还有一种机械手是由外形小并能改变摆动角度的摆动气缸与夹头的组合件，夹头部位有若干种夹头可选配。 与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化.带开关的气缸国内已普遍使用，开关体积将更小，性能更高，可嵌入气缸缸体；有些还带双色显示，可显示出位置误差，使系统更可靠。用传感器代替流量计、压力表、能自动控制压缩空气的流量、压力，可以节能并保证使用装置正常运行。气动伺服定位系统已有产品进入市场。该系统采用三位五通气动伺服阀，将预定的定位目标与位置传感器的检测数据进行比较，实施负反

38、馈控制。气缸最大速度达2m/s、行程 300mm 时，系统定位精度0.1mm。日本试制成功一种新型智能电磁阀，这种阀配带有传感器的逻辑回路，是气动元件与光电子技术结合的产物。它能直接接受传感器的信号，当信号满足指定条件时，不必通过外部控制器，即可自行完成动作，达到控制目的。它已经应用在物体的传送带上，能识别搬运物体的大小，使大件直接下送，小件分流。 更高的安全性和可靠性 .从近几年的气动技术国际标准可知，标准不仅提出了互换性要求，并且强调了安全性。管接头、气源处理外壳等耐压试验的压力提高到使用压力的 45 倍，耐压时间增加到 515min，还要在高、低温度下进行试 验。如果贯彻这些国际标准，国

39、内的缸筒、 端盖、气源处理铸件和管接头等都难达到标哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文12准要求。除耐压试验处，结构上也作 了某些规定，如气源处理的透明壳外部 规定要加金属防护罩。 气动元件的许多使用场合，如轧钢机、纺织流水线等，在工作时间内不能因为气动元件的质量问题而中断，否则会造成巨大损失，因此气动元件的工作可靠性显得非常重要。在航海轮船上，使用的气动元件不少，但能打进这个领域的气动元件厂不多，原因是其对气动元件的可靠性要求特别高，必须通过有关国际机械的认证。 向高速、高频、高响应、高寿命方向发展 .为了提高生产设备的生产效率，提高执行元件的工作速度势在必行。现在我国的气缸工作速度一般在0

40、.5m/s 以下。根据日本专家预测，五年以后大部分的气缸工作速度将提高到12m/s，有的要求达 5m/s。气缸工作速度的提高，不仅要求气缸的质量提高，而且结构上也要相应改进，例如要配置油压吸震器以增加缓冲效果等。电磁阀的响应时间将小于10ms，寿命提高到 5000 万次以上。美国有一种间隙密封的阀，由于阀芯悬浮在阀体内，相互不接触，在无需润滑下，寿命高达2 亿次。 普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求 .由于环境污染以及电子、医疗、食品等行业的要求，环境中不允许有油，因此无油润滑是气动元件的发展趋向，同时无油润滑可使系统简化。欧洲市场上油雾器已属淘汰的产品，普遍做到了无油润滑。此外，为了满足

41、某些 特殊要求，除臭、除菌和精密过滤器正在不断开发，过滤精度已达0.10.3m，过滤效率已达 99.9999%。 针对某些特殊要求，改进和开发气动产品，即可占领一块市场，获得不小的经济效益，这已被大家共识。济南华能气动元器件公司为铁路编组和轮轨润滑的特殊要求开发了气缸和阀，受到了铁道部门的关注。 使用新材料，与新技术相结合 .国外开发了膜式干燥器，该干燥器利用高科技的反渗析薄膜滤去压缩空气中的水分，有节能、寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等特点、适用于流量不大的场合。 以聚四氟乙烯为主体的复合材料制造的气动密封件能耐热（260），耐寒（-55）和耐磨，其使用场合越来越多。 哈尔滨工业大学 20

42、12 届毕业论文13为了提高质量，真空压铸、氢氧爆炸去毛刺等新技术正在气动元件制造中逐步推广6。 便于保养、维修和使用 .国外正在研究使用传感器实现气动元件及系统具有故障预报和自诊断功能。 从上述的气动技术发展方向可知，在气动产品的开发上我们有许多工作可做。任何一个气动元件厂，即使其规模不大，只要突破一个方面，并保持技术领先，就可以在市场上占一席之地，在激烈的竞争中获得生存和发展。3 3 发展气动技术应注意的问题发展气动技术应注意的问题3.13.1 减少能耗减少能耗, ,充分利用能量充分利用能量-气动技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容

43、积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。改善气动系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护气动系统，防止污染对系统寿命和可靠

44、性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。3.23.2 主动维护主动维护-气动系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。-要实现主动维护技术必须要加强气动系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文14向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使气动系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计

45、算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发气动系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的气动系统只需修改和增减少量的规则。-另外，还应开发气动系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是气动行业努力的方向。3.33.3 机电一体化机电一体化-电子技术和气动传动技术相结合，使传统的气动传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现气动系统柔性化、智能化，改变气动系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥气动传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如

46、下：(1)电气伺服比例技术的应用将不断扩大。气动系统将由过去的电气气动系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为 5mA 以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于 3mS)等。(3)气动系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。(5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化

47、控制机构也是今后需要探讨的问题，气动产品机电一体化现状及发展。液压行业：- 液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型气动元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。-液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作哈尔滨工业大学 2012 届毕业论文15时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展7