1．1．氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況
人類(lèi)雖然對(duì)壓縮空氣早就有所了解，并在采礦工業(yè)、建筑工業(yè)和鐵路上早已應(yīng)用，但對(duì)壓縮空氣性質(zhì)和基本原理進(jìn)行系統(tǒng)的研究則是二十世紀(jì)開(kāi)始的。氣壓傳動(dòng)與自動(dòng)控制的結(jié)合麗形成的現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)，則是二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的。1956年，Shearer等人成功地將氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于航天飛行器和導(dǎo)彈的姿態(tài)和飛行穩(wěn)定控制中口12】，揭開(kāi)了氣動(dòng)伺服控制的帷幕。1967年，Burrows等人首先將開(kāi)關(guān)伺服控制應(yīng)用于氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的控制，但控制精度較低【3卅。1979年，W．Backe教授研制出*個(gè)氣動(dòng)伺服閥，大大推進(jìn)了氣動(dòng)伺服控制的發(fā)展【51。進(jìn)入二十世紀(jì)80年代后，氣動(dòng)控制系統(tǒng)從基于可編程控制器的位置和速度的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)控制，發(fā)展為基于噴嘴擋板氣動(dòng)伺服閥和氣動(dòng)比例電磁閥的比例伺服控制i64J。隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，氣動(dòng)技術(shù)已經(jīng)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造理念，氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)面迅速擴(kuò)大，氣動(dòng)產(chǎn)品品種規(guī)格持續(xù)增多，性能、質(zhì)量不斷提高。氣動(dòng)產(chǎn)品作為便捷和廉價(jià)的自動(dòng)化元件，不僅在機(jī)電、輕紡、家電等傳統(tǒng)領(lǐng)域有著很大的市場(chǎng)，而且在新興的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、生物制品業(yè)、精細(xì)加工業(yè)等領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展空間。
通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善經(jīng)營(yíng)管理，我國(guó)氣動(dòng)行業(yè)自20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始，一直保持著良好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件的發(fā)展經(jīng)歷著聯(lián)合設(shè)計(jì)、技術(shù)引進(jìn)和自主開(kāi)發(fā)三個(gè)階段。近幾年根據(jù)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)了很多新產(chǎn)品，擴(kuò)大了氣動(dòng)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，也為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2003年國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)元件到國(guó)外參加展覽會(huì)，得到了國(guó)外廠(chǎng)商的好評(píng)。部分國(guó)產(chǎn)元件已經(jīng)初步具備了批量出口的條件，并且在價(jià)格上有很大優(yōu)勢(shì)，今后出口有望大幅度增加。雖然近十年來(lái)我國(guó)的氣動(dòng)技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但無(wú)論從產(chǎn)品規(guī)格。種類(lèi)、質(zhì)量、銷(xiāo)售額、應(yīng)用范圍還是從研究水平上來(lái)看與*水平相比還有不小差距。因此，為發(fā)展我們的氣動(dòng)行業(yè)，提高我國(guó)的氣動(dòng)技術(shù)水平，開(kāi)展和加強(qiáng)氣動(dòng)技術(shù)的研究很有必要的[9,101。
1．2氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)
（1）氣動(dòng)技術(shù)近十年來(lái)的發(fā)展
近lO來(lái)年來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)歷了令人注目的飛躍性發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：a）．自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用覆蓋面越來(lái)越廣，從原先只應(yīng)用于簡(jiǎn)單、重復(fù)的工藝過(guò)程擴(kuò)大到復(fù)雜的工藝過(guò)程：b）．自動(dòng)化機(jī)器在性能和功自＆上都有顯著的提高，機(jī)器的節(jié)拍時(shí)問(wèn)更短，運(yùn)動(dòng)精度更高，同時(shí)能與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)接，從而更快和更準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)管理；
c）．由于產(chǎn)品的多樣化使柔性生產(chǎn)設(shè)備得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這類(lèi)設(shè)備要求能非常快捷地對(duì)之進(jìn)行重新編程，以實(shí)現(xiàn)同一機(jī)器對(duì)不同種類(lèi)或尺寸工件進(jìn)行加工，從而大幅度地降低設(shè)備投資并實(shí)現(xiàn)小批景產(chǎn)品的生產(chǎn)自動(dòng)化；d）．要求越來(lái)越短的設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、
調(diào)試周期和設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間?’。“。
為適應(yīng)這一發(fā)展形勢(shì)，自上世紀(jì)90年代以來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)，在不斷提高氣動(dòng)元器件的性能和降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，致力于開(kāi)發(fā)各類(lèi)新型元器件。突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面：即氣動(dòng)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的結(jié)合以及氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合。
f2）氣動(dòng)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相結(jié)合
傳統(tǒng)概念上的氣動(dòng)元件往往局限于單立的氣動(dòng)執(zhí)行元件或控制元件。自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)者在對(duì)這些單立元件進(jìn)行選型時(shí)，必須根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用工況進(jìn)行繁瑣的計(jì)算，并花費(fèi)大量的時(shí)問(wèn)自行設(shè)計(jì)或選擇許多相關(guān)的機(jī)構(gòu)和部件。如與氣缸結(jié)合的直線(xiàn)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、行程開(kāi)關(guān)傳感器安裝件等等。采用這種傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備，勢(shì)必需要非常長(zhǎng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)閣期，同時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果合理與否很大程度上取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，難以確保設(shè)備質(zhì)量。因此對(duì)于現(xiàn)代化的大規(guī)模、復(fù)雜自動(dòng)設(shè)備就不再適應(yīng)了。
近年來(lái)新發(fā)展的大量集成氣動(dòng)、機(jī)構(gòu)為一體的元器件為設(shè)備制造商提供了極大的方便。在這方面尤為突出的是各種新型的氣動(dòng)執(zhí)行元件。氣動(dòng)、機(jī)械一體化的特點(diǎn)是將傳統(tǒng)系統(tǒng)的多種單立元件和機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)優(yōu)化和專(zhuān)門(mén)化設(shè)汁有機(jī)地集成為一體，成為系列的規(guī)范產(chǎn)品。與此同時(shí)，采用模塊化設(shè)計(jì)原理，使產(chǎn)品的尺寸規(guī)格覆蓋面更為廣闊，為用戶(hù)帶來(lái)更多的方便和經(jīng)濟(jì)效益。
（3）氣動(dòng)技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合
例如作為重要控制元件的氣閥，前一階段主要是在降低功率、實(shí)現(xiàn)微型化、小型化方面下功夫，各國(guó)包括我國(guó)在內(nèi)，陸續(xù)開(kāi)發(fā)了這類(lèi)產(chǎn)品，估計(jì)不要很長(zhǎng)時(shí)間，它們將在市場(chǎng)上占有重要位置。但是控制元件的發(fā)展，恐怕不能局限在這一方向上，功耗的減少、體積的縮小總有個(gè)極限，不能沒(méi)有止境。因此，各企業(yè)都在尋找新的開(kāi)發(fā)方向，大致有以下幾點(diǎn)值得注意。
從_r義上來(lái)理解機(jī)電一體化的方向，本來(lái)的電磁閥、電氣比例閥也是機(jī)電一體化元件，即用電氣信號(hào)來(lái)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)或氣流的參數(shù)，但是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用，可以把許多原來(lái)復(fù)雜的控制裝置，微縮到一塊芯片或一塊集成電路上，而且價(jià)格便宜，工作可靠，這樣就有可能在原來(lái)的氣控閥、氣動(dòng)執(zhí)行元件上安裝～些電子元件裝置，如數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)放大、調(diào)制、解碼、測(cè)量與信號(hào)反饋等等，從而實(shí)現(xiàn)將電子與氣動(dòng)控制閥結(jié)合在一體的，甚至直接與執(zhí)行元件集成的氣動(dòng)裝置，這就大大提高了系統(tǒng)可靠性和維修使用性能。這種方法實(shí)際上是將已成熟的電子、機(jī)械技術(shù)融合為一體，設(shè)計(jì)制造出新一代的元件與系統(tǒng)，類(lèi)似于電子技術(shù)中從分離元件時(shí)代向集成電路時(shí)代的過(guò)渡。例如：德國(guó)Festo公司，已將幾十只電磁閥安裝在一塊基板上，相只用兩根導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行控制，中問(wèn)有類(lèi)似程控的控制器，可將信號(hào)按地址送到每個(gè)電磁閥，這樣省略了大量的導(dǎo)線(xiàn)，提高了可靠性。另外為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的控制，已開(kāi)始有智能化的聲控、光控、溫控的電子控制閥，以保護(hù)系統(tǒng)正常工作。為了達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定她工作，有各類(lèi)傳感器應(yīng)用在系統(tǒng)中，從而可控制系統(tǒng)的壓力、流量、運(yùn)動(dòng)部件的速度等。新型電氣壓力調(diào)節(jié)閥及電氣流量比例閥比原來(lái)傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)元件精度高，響應(yīng)快，適合自動(dòng)控制。
（4）氣動(dòng)技術(shù)的高壓化
在繼續(xù)研究提高常規(guī)氣動(dòng)伺服控制性能的同時(shí)，使氣動(dòng)系統(tǒng)向高壓化發(fā)展是一條可行之路。日本于1987年已經(jīng)通過(guò)了高壓氣體管理法，氣動(dòng)系統(tǒng)壓力使用范圍的上限南1MPa提高到5 MPa，使氣動(dòng)控制有了更廣闊的發(fā)展空間‘”】。高壓化不僅改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，還可以改善控制系統(tǒng)的剛度。在獲得同樣輸出力的情況下，高壓化可以使行元件的體積減小。執(zhí)行元件體積減小意味著所需氣體流量減小，則可阻使相應(yīng)的電磁閥、減壓閥、過(guò)濾器等控制和輔助元件的體積減小。由于氣動(dòng)元件小型化了，則能汀省安裝空間、資源和成本。今后，
客服1號(hào)