油气缸在液压领域的发展趋势

孙 超

摘 要：气缸和油缸是气压和液压系统中最常见的重要设备，它们的工作性能直接影响液压系统的性能好坏。本文从液压系统的发展，柔性制造技术的影响，油缸气缸的性能要求等方面探讨现有技术和其发展趋势。

关键词：油缸气缸 柔性制造 组合油缸

气缸和油缸是气压和液压系统中最常见的重要设备，它们的工作性能和品质直接影响液压系统的性能好坏。对气缸和油缸的研究也对液压系统的开发有着非常重要的意义。

1.液压系统的发展.

液压系统的历史比较悠久，他是在17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动理论的基础上发展起来的一门新兴技术。刚开始的时候是为了得到更省力和更高速的设备，液压系统得到了使用，并且在1795年英国伦敦诞生了第一台水压机。随着科学技术的发展，机械设备的自动化程度和加工精度越来越高，液压系统的控制技术也得到了长足的发展。劳动生产率的不断提高，熟练工人的缺乏和劳动力成本的提升需要把手工的劳动转变为机械操作，具有质美价廉优势的气压和液压设备得到了广泛的应用。随着电子产业和电脑的快速发展，更加轻巧和精密的气压和液压设备投入使用，这就是液压系统发展的现状。

2.柔性制造技术对气缸和油缸的影响.

[JP2]柔性制造技术也称柔性集成制造技术，是一种先进的制造技术理念，它对气压和液压技术的发展有着重要的影响。大部分气压和液压系统中的油缸和气缸具有柔性制造技术中所必需的三相似原则：形状，尺寸和工艺相似。多品种小批量生产模式与大批量生产方式是有差别的，它要求在一定的时间内，以消耗最小的生产方式，生产出客户所需要的一定数量的产品。因此，不是生产速度越快越好，而是要求尽可能提到生产效率和减少库存压力。要达到这个目的，多品种小批量生产就希望能自由转换生产设备和生产流程，并尽量缩短转换时间。这些复杂的转换技术就与液压和气压设备有关。但是，柔性制造技术中使用的油缸和气缸，只不过是力的传递和位置变化的元件，虽然相对来说结构比较简单，它的功能和性能达到目标的要求还是非常困难的。.

3.油缸和气缸在柔性制造中的性能要求.

3.1传感器技术

油缸和气缸中使用的传感器技术主要包括位置传感器和触动传感器，用来测定活塞在油缸和气缸中的位置和确定对外施加力量的大小。以前，用在机械设备旁安装限位开关实现不连续控制设备。现在由于接近开关的性能和可靠性的不断提高，在油缸和气缸中安装舌簧开关来测定活塞的位置成为了液压和气压设备生产的主流。

舌簧开关有铁片接近式和磁性接近式两种。它安装在非磁性缸体上，检测装在活塞上的铁片或者磁铁的接近而产生的磁场变化情况后发出位置信号。舌簧开关的工作原理是在舌簧开关内壳中接触片在磁力作用下处于平衡状态，在有铁片或者磁铁接近的时，磁场发生变化，接触片的平衡状态被打破，并与触点接触，线路接通并发出信号。液压情况下，由于油液的不可压缩性，控制精度是非常高的，理论上可以实现连续控制。气压情况下，由于气体的可压缩性，控制精度有所降低，不能实现连续控制，单靠舌簧开关难以保证活塞在任意位置停止，只能实现不连续控制。

油缸还要安装必须的触觉传感器，来检测夹住的物体的刚性，并确定应施加力量的大小。为达到这个目的要对油缸进行精密控制和结构调整。例如，活塞在缸内滑动时阻力微小，压力微小的变化就能使活塞滑动；减小活塞重量从而减小滑动体的惯性；开发能够控制压力微小变化的调节仪器；为了能测量被夹住物体的刚性还要开发油缸前端橡皮袋设备，其作用是感受袋中压力微小变化，发出触觉信号，改变执行单元对外施力大小，精确控制袋内压力。

3.2精确控制的执行单元

执行单元的作用是按照调节单元发出的目标指令完成动作功能。为了完成这些功能，控制执行单元动作的油缸要完成的动作要素有力、距离、速度、加速度和时间，并且为了完成控制，油缸要发出位置、压力和时间信号。完成这种精确地控制是非常困难的，油缸必须克服自身的惯性力，在规定的时间内实现最佳的加速、减速运动。现在使用的油缸一般都采用带有脉冲编码器和磁尺的装置来对振荡器输出的数字信号进行处理的方式来确定活塞位置和进行加速、减速运动。气缸中则在活塞连杆上加装行程开关的方式抵消空气的可压缩性和惯性，但其控制精度还是不能满足精确地要求。

3.3节能系统

液壓系统中的油缸的节能措施能有效的减少能量的消耗和工作中的阻力等好处。常见的减少能量消耗的方法如下：

（1）不要将溢流阀的设定压力设定过高，避免可用能量以热能形式释放出去。

（2）安设储能器，停机时保证泵和压缩机的能量供给。

（3）敷设节能回路有效的利用气缸内的空气。

（4）采用平衡油缸，降低能量损耗。

另外，机械小型化也是节能的一种办法。通常来说，物体移动所耗费的能量与其重量成正比，所以油缸和气缸做的体积小和重量轻能有效的节能，并且气缸必油缸节能。现在运用中，低压油缸越来越多也是从节能角度来考虑的。常见的小型化油缸和汽缸有薄型油缸和气缸、无杆式油缸、套管式油缸等。

3.4组合化油缸

组合化油缸是在机械上安装符合管路敷设合理化要求的设备和管路，以达到便于实际应用的目的。上面讲到的舌簧开关油缸便是一种典型的组合化油缸。另外，还有带有脉冲编码器、速度调节阀，电磁调节阀等设备的组合油缸。组合化油缸虽然在功能上更强大结构上更紧凑，但是组合是在机械内部时，维修维护上就比较困难了。所以，组合化要考虑实际的维护问题。

3.5密封的可靠性

现在人们越来越重视对油缸的耐久性研究。由于油缸中的主要运动是滑动，所以滑动件特别是密封件是非金属材料制造而成的，它的寿命是有限的。滑动件之间的磨损对密封件的寿命影响很大，所以研究滑动件的材质要与密封件的材质研究结合起来。油缸滑动件的研究主要集中在耐尘的刮油环和密封件的研究开发上。对于气压系统来说，考虑到节能、环境污染和自动化等因素，一般采用耐久性较好的无油式密封件，但无油式密封件的寿命是一个较大的问题。现在的研究目标是使无油式密封件达到注油式密封件的寿命水平。现在密封件的主要材料是橡胶，其与金属材料配合使用，在高速情况下的磨损非常严重。耐磨的树脂材料密封件是发展的方向。

4.结束语.

气缸和油缸作为气压和液压系统的重要部件，其性能对整个系统的性能有着决定性的影响。我们研究气缸和油缸的性能指标、控制方式和节能措施并探讨其发展趋势有着重要的现实意义和经济效益。

参考文献：

[1]曹小军. 液压设备技术的现状及发展趋势 [M]. 液气压世界，2012.

[2]潘卫军. 现代柔性制造技术及其发展 [M].装备制造技术，2010.