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富有发展潜力的气动控制系统

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较低的采购成本使得气动技术产品站稳了自动化技术领域的市场，但这不是它能够在许多方面替代电子驱动技术的唯一原因。在线性驱动控制中，它几乎没有遇到竞争对手。气动控制技术在自动化领域中得到了很大的推广和应用，这种驱动方式是仅次于机械驱动系统的强大的驱动系统。在纯运动控制的自动化线性控制系统中，气动控制系统几乎没有受到电气驱动系统的挑战。因此，气动技术的专家们都认为，电气一体化技术有着极大的发展潜力，极有可能挤占机电一体化的市场。 “气动技术是一种速度快、简单易行且性能可靠的技术。”汉诺威市Bosch Rexroth公司气动技术领域用户项目和系统负责人Frank Seehausen先生说道。他列举了气动技术的几个优点：投资少、技术简单、功率密度高和维护保养少等，他强调：“气动技术在各种完全不同的应用领域中征服了用户，并保障了今后的发展。在这一基础之上，从中期角度来看，气动技术的应用领域会发生变化。线性运动控制长期以来一直是气动技术的传统优势领域，也许会有其他驱动技术进入。同样，气动技术也会进入其他一些新的应用领域，并在这些新的应用领域中充分发挥其优势，例如在太阳能电池板的生产领域中。” Norgren公司技术负责人Hendrik Rust博士指出了这种应用领域变化的两个原因：一方面是由于气动线性运动控制的功能类似于机电一体化的线性运动控制；另一方面是因为这两种控制方式各有自己的长处。他认为：机电一体化线性运动控制系统的长处是——能够实现亚毫米级的准确定位。而气动线性控制系统的优势则是——整体系统的投资费用较低。 Rust先生说：“在技术要求比较简单的驱动系统中，与电气控制驱动系统和机电一体化驱动系统相比较，气动系统一直有着价格低廉的优势。系统越复杂，价格差就越小。”然而，即使在驱动系统复杂性提高的情况下，气动技术专家们也能说出气动系统的优势。例如压缩空气系统的稳定性比弹簧能够更好地实现差异的补偿平衡。气动系统的另一个优点是其重量轻。在移动式设备中，能够使设备有最大的重量-功率比。这一点在汽车和高速列车中都是非常重要的，与速度有关的驱动功率在机器人和自动化的上下料机构中也有重要意义。利用气动驱动系统实现高速应用气动驱动系统还非常适合于在高速运动系统中使用，尤其是那些不能利用机械驱动元器件来进行力的传递的高速驱动系统。在气动技术中，利用没有活塞杆的线性驱动系统能够实现这种高速传递，例如利用固定在气缸活塞上的刀片来绕制薄膜（图1）。“利用我们的无活塞杆气缸，可以实现的最高运动速度为30m/s。”Filderstadt市Parker Origa公司气动线性驱动系统生产经理Dieter Winger先生说道。他还认为，在易燃易爆危险场合中，气动系统的应用更具优势。在这一应用领域中，电气驱动系统要付出相当大的代价才能满足安全规范的要求；而气动系统在这方面的优势很明显。这一应用领域中典型的实例为：工件装夹、机械手和分拣装置等。而电气控制的线性运动系统要想完成这些任务，则要付出很高费用，而得到的效率却非常低。（图片）图1 薄膜生产设备中的高速气缸——这种没有活塞杆的气动线性驱动机构能够以很高的速度完成薄膜的绕制，而若采用电气驱动机构时则复杂得多一般情况下，随着应用系统复杂性的提高，气动与电动驱动系统之间的价格差距也就逐步减小了。对此，气动技术专业厂也采取了一些对策。今天，他们结合了这两种驱动系统产品，从而能够更好地为用户提供最佳的解决方案。据Winger先生说：例如Parker Origa公司在遇到定位精度要求很高的应用情况下，大多数情况下都采用了机电一体化的驱动系统。虽然在电气技术和传感器技术的帮助下，气动驱动系统的控制和调节性能都可以得到提高和改善，当时Parker Origa公司的专家则认为：与电气驱动系统相比较，性价比非常不合算；而且还达不到电气驱动系统的定位准确性，调节性能也不好。无可争辩的事实是：气动驱动系统实现了技术上的改进，发展了气动伺服阀、气动调节阀，而且这已是好几年前就成功的事情了。“今天对气动驱动技术提出的要求包括：坚固的气动伺服技术，在现代化的电子调节技术的帮助下更加独具特性、更加易于使用。”Seehausen先生说道。同时他还认为：Rexroth公司已经走上了一条正确的道路，即在控制技术中实现了电气、传感器和数字技术的高度集成，使得气动技术有着更多的应用可能性。其原因就是把许多性能可靠的优点都集成在了气动驱动系统的执行机构中，例如很高的经济性、紧凑的结构、能源密度、安全性和较低的成本费用。Seehausen先生坚信：智能化的气动驱动系统必将有着更大的用户群。机电一体化 “在一定的应用技术范围内，气动伺服驱动技术的出现使得市场发生了变化。”Rust先生说道。他列举了汽车制造业中的焊钳，完成上下料的低成本运送-定位系统，增压器的控制和商用车排气净化系统：“在伺服阀以及伺服执行元器件的帮助下，气动驱动系统工作的精确性很高。之所以能够如此，主要是在气动驱动技术中引进了电子控制和数字控制技术，使得气动线性驱动系统的功能有了很大提高。”他在谈到气动驱动技术的未来时表示：“只有机电一体化的气动驱动系统才有可能完成类似高精度、高速度的任务，完成电气一体化系统才能完成的任务。” 在这里，机电一体化与电气一体化两种驱动技术的物理区别非常明显。在电气一体化线性驱动系统中，始终考虑到气动系统的负载刚性。但Seehausen先生非常清楚地知道，很多应用场合无需考虑气动驱动系统的负载刚性，相反考虑的是力传递过程的稳定性和自动保护功能：“在这种情况下，气动驱动系统就是比其他驱动系统更理想的选择。” （图片）图2 模块式结构构件的上下料装置 ——气动工作进给装置和电气一体化定位驱动都集成在运动轴中技术的发展已经实现了在上下料系统中把气动驱动与电气一体化系统结合在一起，构成一个线性驱动轴（图2）。它能够在电气一体化系统进行精确定位优点控制之前，利用气动驱动系统快速进给的特点高速运动到粗定位位置，从而把两种不同的驱动系统的优点结合到一起。同时，气动系统还承担着防止过载的保护作用，电气一体化系统保障了精确的定位运动。因此，Seehausen先生说：“混合驱动技术几乎是一个完美的解决方案。” 8/4/2010


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