液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

液壓與氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)創(chuàng)新及其管理是當(dāng)今管理科學(xué)的重要學(xué)科，對于提高國家、地方和業(yè)的科技競爭力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，都非常重視對這一問題的研究。20世紀(jì)80年代初，我國開始重視技術(shù)創(chuàng)新理論問題的研究，研究范圍包括技術(shù)創(chuàng)新的模式、機(jī)制，技術(shù)創(chuàng)新的擴(kuò)散，產(chǎn)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)學(xué)，技術(shù)創(chuàng)新的區(qū)域研究以及有關(guān)技術(shù)創(chuàng)新的政策、體系等諸多方面。下面將詳細(xì)的介紹液壓技術(shù)和啟動(dòng)技術(shù)這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。一液壓技術(shù)液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來說，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來達(dá)到力的傳遞。液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。液壓傳動(dòng)相對于機(jī)械傳動(dòng)來說是一門新興技術(shù)。從1795年世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生起，已有幾百年的歷史，但液壓傳動(dòng)在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展是20世紀(jì)中期以后的事情。在工程機(jī)械、冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機(jī)床行業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用。隨著原子能、空間技術(shù)、電子技術(shù)等方面的發(fā)展，液壓技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域滲透，發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)今采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達(dá)國家產(chǎn)的95%的工程機(jī)械生、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)。從20世紀(jì)70年代開始，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展并進(jìn)入液壓技術(shù)領(lǐng)域，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)﹑制造和測試方面采取了這些先進(jìn)技術(shù)，取得了顯著的效益。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行液壓元件和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算﹑性能仿真﹑自動(dòng)繪圖以及數(shù)據(jù)的采集和處理，可提升液壓產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)化其性能，減低成本，并大大縮短其生產(chǎn)和交貨周期。在設(shè)備控制方面，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可簡化操作提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高自動(dòng)化水平，并增加產(chǎn)品的可靠性。因此，近年來，液壓行業(yè)對于計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給予極大的關(guān)注，其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的推廣使用和數(shù)字控制液壓元件的研制開發(fā)尤其突出。另外，減小元件的體積和重量，提高元件的壽命研制新介質(zhì)以及污染控制的研究，也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及液壓控制技術(shù)發(fā)展和研究的重要課題。但目前國內(nèi)的需求和國外先進(jìn)水平相比還有較大差距。包括產(chǎn)品趨同化、構(gòu)成不合理，性能低、可靠性差，創(chuàng)新和自我開發(fā)能力弱，自行設(shè)計(jì)水平低。具體表現(xiàn)在產(chǎn)品水平、產(chǎn)品體系與市場需求存在較大的結(jié)構(gòu)性矛盾。中國的液壓市場很大，用戶對產(chǎn)品的要求各異，各種高品質(zhì)、高性能的液壓元件市場需求量很大。而大部分國內(nèi)企業(yè)所能提供的產(chǎn)品，無論在檔次上還是種類上，都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些需求。因此，在眾多低檔產(chǎn)品壓價(jià)競爭的同時(shí)，不得不讓出一塊巨大的市場給國外產(chǎn)品。這表明，在市場豐富多樣的需求面前，國內(nèi)液壓行業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品體系的結(jié)構(gòu)性過剩與結(jié)構(gòu)性短缺兩個(gè)矛盾同時(shí)并存；也表明我們在產(chǎn)品的多樣性、層次分布性和市場適應(yīng)性等方面亟待調(diào)整和改善。企業(yè)在產(chǎn)品更新、裝備改造等方面的投入能力不足。目前，我國大部份氣動(dòng)企業(yè)缺乏對產(chǎn)品及裝備進(jìn)行較大更新改造的能力，在高技術(shù)產(chǎn)品及專用生產(chǎn)檢測裝備的系統(tǒng)開發(fā)和投入能力上尤為缺乏，因而也限制了企業(yè)在高技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展上取得大的突破，對縮短與國際先進(jìn)水平的差距帶來影響。當(dāng)然，投入資金只是個(gè)基礎(chǔ)條件，還必須有技術(shù)、人才等多方面的保障才行。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。這是液壓技術(shù)的創(chuàng)新特征，液壓技術(shù)的不斷發(fā)展體現(xiàn)在如下一些比較重要的特征上：一，提高元件性能，創(chuàng)制新元件，體積不斷縮小。為了能在盡可能小的空間里傳遞盡可能大功率，液壓元件的結(jié)構(gòu)不斷地在向小型化發(fā)展。二，高度的組合化，集成化和模塊化。液壓系統(tǒng)由管式培配置經(jīng)板式配置，箱式配置，集成塊式配置發(fā)展到疊加式配置，插裝式配置，使連接的通道越來越短。也出現(xiàn)了一些組合集成件，如把液壓泵和壓力閥作成一體，把壓力閥插裝在液壓泵的殼體內(nèi)，把液壓缸和換向閥作成一體，只需接一條高壓管與液壓泵相連，一條回油管與油箱相連，就可以構(gòu)成一個(gè)液壓系統(tǒng)。這種組合件不但結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，而且簡便，也容易維護(hù)保養(yǎng)。三，與微電子結(jié)合，走向智能化。液壓技術(shù)從本世紀(jì)70年代中期起就開始和微電子工業(yè)接觸，并相互結(jié)合。在迄今30多年時(shí)間內(nèi)，結(jié)合層次不斷提高，由簡單拼裝，分散混合到總體組合，出現(xiàn)了多種形式的獨(dú)立產(chǎn)品如數(shù)字液壓泵，數(shù)字閥，數(shù)字液壓缸等，其中的高級形式已發(fā)展到把編了程的芯片和液壓控制元件，液壓執(zhí)行元件或能源裝置，檢測反饋裝置，數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，集成電路等匯成一體，這種匯在一起的聯(lián)結(jié)體只要一收到微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)處送來的信息，就能實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)。而液壓產(chǎn)品的發(fā)展方向主要是：

(1)節(jié)省能耗，提高效率

(2)用AC電機(jī)或變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵。

(3)發(fā)展機(jī)電一體化元件和系統(tǒng)。

(4)發(fā)展具有比例閥的耐污染和伺服閥高精度、高頻響的直動(dòng)型電液控制閥。

(5)發(fā)展內(nèi)置電子系統(tǒng)的電液伺服比例元件、電磁閥、液壓定位油缸等。

(6)重視環(huán)保。環(huán)保型產(chǎn)品將具競爭優(yōu)勢，隨著人們環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，開發(fā)保護(hù)型液壓產(chǎn)品，將成為今后國內(nèi)液壓技術(shù)的主流。

(7)適應(yīng)主機(jī)機(jī)電一體化的需要。

(8)應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，提高電液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能

(9)大力發(fā)展水壓系統(tǒng)和元件，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

由此可見現(xiàn)階段急需發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，如負(fù)荷傳感技術(shù)、新型節(jié)能系統(tǒng)和元件。

(2)機(jī)電一體化技術(shù)及IT技術(shù)的應(yīng)用高精度、高頻響電液、電氣伺服比例系統(tǒng)和元件，液粘調(diào)速器速度控制技術(shù)。數(shù)字液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)和元件，直動(dòng)型電液控制元件。

(3)液壓系統(tǒng)及污染控制技術(shù)。

(4)無泄漏液壓系統(tǒng)和元件。

(5)水壓傳動(dòng)與控制技術(shù)。

(6)高速重載齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。

(7)高速鐵路軸承設(shè)計(jì)制造技術(shù)。

(8)高速、高精度機(jī)床主軸軸承設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。

(9)各種傳動(dòng)系統(tǒng)降噪和增壽技術(shù)。

(10)特種傳動(dòng)技術(shù)。

(11)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，仿真技術(shù)。

（12)大型傳動(dòng)系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)。

(13)現(xiàn)代制造技術(shù)的應(yīng)用研究，如表面處理技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)、潤滑技術(shù)。二氣動(dòng)技術(shù)氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù)。由于它具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和生產(chǎn)線上。過去汽車、拖拉機(jī)等生產(chǎn)線上的氣動(dòng)系統(tǒng)及其元件，都由各廠自行設(shè)計(jì)、制造和維修。

我國的氣動(dòng)工業(yè)雖然達(dá)到了一定規(guī)模與技術(shù)水平，但是與國際先進(jìn)水平相比，差距甚大。由于氣動(dòng)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于各行業(yè)的自動(dòng)裝配和自動(dòng)加工小件、特殊物品的設(shè)備上，原有傳統(tǒng)的氣動(dòng)元件性能正在不斷提高，同時(shí)陸續(xù)開發(fā)出適應(yīng)市場要求的新產(chǎn)品，使氣動(dòng)元件的品種日益增加，其發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)方面：（1）體積更小，重量更輕，功耗更低。.在電子元件、藥品等制造行業(yè)中，由于被加工件體積很小，勢必限制了氣動(dòng)元件的尺寸，小型化、輕型化是氣動(dòng)元件的第一個(gè)發(fā)展方向。國外已開發(fā)了僅大姆指大小、有效截面積為0.2mm2的超小型電磁閥。能開發(fā)出外形尺寸小而流量較大的元件更為理想。執(zhí)行元件的定位精度提高，剛度增加，活塞桿不回轉(zhuǎn)，使用更方便.為了提高氣缸的定位精度，附帶制動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺服系統(tǒng)的氣缸應(yīng)用越來越普遍。帶伺服系統(tǒng)的氣缸，即使供氣壓力和所負(fù)的載荷變化，仍可獲得±0.1mm的定位精度。（2）多功能化，復(fù)合化.為了方便用戶，適應(yīng)市場的需要開發(fā)了各種由多只氣動(dòng)元件組合并配有控制裝置的小型氣動(dòng)系統(tǒng)。如用于移動(dòng)小件物品的組件，是將帶導(dǎo)向器的兩只氣缸分別按X軸和Z軸組合而成。該組件可搬動(dòng)3kg重物，配有電磁閥、程控器，結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，行程可調(diào)整。又如一種上、下料模塊，有七種不同功能的模塊形式，能完成精密裝配線上的上、下料作業(yè)，可按作業(yè)內(nèi)容將不同模塊任意組合。還有一種機(jī)械手是由外形小并能改變擺動(dòng)角度的擺動(dòng)氣缸與夾頭的組合件，夾頭部位有若干種夾頭可選配。（3）與電子技術(shù)結(jié)合，大量使用傳感器，氣動(dòng)元件智能化.帶開關(guān)的氣缸國內(nèi)已普遍使用，開關(guān)體積將更小，性能更高，可嵌入氣缸缸體；有些還帶雙色顯示，可顯示出位置誤差，使系統(tǒng)更可靠。用傳感器代替流量計(jì)、壓力表、能自動(dòng)控制壓縮空氣的流量、壓力，可以節(jié)能并保證使用裝置正常運(yùn)行。氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)已有產(chǎn)品進(jìn)入市場。該系統(tǒng)采用三位五通氣動(dòng)伺服閥，將預(yù)定的定位目標(biāo)與位置傳感器的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)施負(fù)反饋控制。氣缸最大速度達(dá)2m/s、行程300mm時(shí)，系統(tǒng)定位精度±0.1mm。（4）更高的安全性和可靠性.從近幾年的氣動(dòng)技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)可知，標(biāo)準(zhǔn)不僅提出了互換性要求，并且強(qiáng)調(diào)了安全性。管接頭、氣源處理外殼等耐壓試驗(yàn)的壓力提高到使用壓力的4~5倍，耐壓時(shí)間增加到5~15min，還要在高、低溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。如果貫徹這些國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)的缸筒、端蓋、氣源處理鑄件和管接頭等都難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。除耐壓試驗(yàn)處，結(jié)構(gòu)上也作了某些規(guī)定，如氣源處理的透明殼外部規(guī)定要加金屬防護(hù)罩。（5）針對某些特殊要求，改進(jìn)和開發(fā)氣動(dòng)產(chǎn)品，即可占領(lǐng)一塊市場，獲得不小的經(jīng)濟(jì)效益，這已被大家共識(shí)。使用新材料，與新技術(shù)相結(jié)合.國外開發(fā)了膜式干燥器，該干燥器利用高科技的反滲析薄膜濾去壓縮空氣中的水分，有節(jié)能、壽命長、可靠性高、體積小、重量輕等特點(diǎn)、適用于流量不大的場合。以聚四氟乙稀為主體的復(fù)合材料制造的氣動(dòng)密封件能耐熱（260℃），耐寒（-55℃）和耐磨，其使用場合越來越多。為了提高質(zhì)量，真空壓鑄、氫氧爆炸去毛刺等新技術(shù)正在氣動(dòng)元件制造中逐步推廣。便于保養(yǎng)、維修和使用.國外正在研究使用傳感器實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)元件及系統(tǒng)具有故障預(yù)報(bào)和自診斷功能。隨著科學(xué)技術(shù)的迅