机电与能源工程学院
液压论文
液压气动技术发展趋势
摘 要
基于把液压气动技术融入于机电一体化的立场出发，从液压气动技术在国民经济建设中的地位、当今国外液压气动技术的发展状况、目前我国气动行业的现状，以及我国液压气动技术发展的瓶颈等方面，深入探讨了气动技术的发展及气动行业战略性发展问题。
引 言
就目前为此，在探讨液压气动技术、液压气动行业的发展时，总面临着被讨论对象的不确定性。尤其是气动行业，通常人们一提到气动技术时，只想到谈论与压缩空气有关的气动产品的发展，即纯粹单一的气动技术，没有把气动技术作为融入于机电一体化的技术来看待。如果真正能把气动技术融入于机电一体化技术来对待的话，那么人们讨论气动技术的发展趋势时，实际上是在研讨一个包含气动技术在内的综合自动化控制技术的发展趋势；是在有的放矢地预测一门集机械、电子、真空、传感器、通信等跨学科的综合自动化控制、驱动的技术发展路径。从目前国际上先进工业国的气动元件制造商发展现状来看，他们早已不满足仅提供与压缩空气有关的气动产品。现在，国际上大多数著名气动元件制造商都在提供伺服电机、步进电机、伺服电机/步进电机的控制器等一系列与自动化有关的电控元器件。如德国的Festo公司则公开声称：要成为世界气动与电动自动化技术领城的最主要的供应商，要对客户所有需求都能给出正确的解决方案。而这正是现代工业化的用户所需求的。当前的用户需要供应商能快速反应，能提供整套自动化解决方案及系统产品（即插即用技术）。
而液压气动技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一,它直接影响机电产品质量和水平,因此世界各国对液压气动工业的发展都给予很大重视。到2000年，世界液压气动总销售额为350亿美元,其中液压为250亿美元,气动100亿美元。液压作为机械工业发展不可或缺的行业，近年来得到了长足的发展，尤其在我国，目前液压行业具有一定规模的生产企业共有1000多家。液压气动行业的标准化工作也已形成比较完善的。适合行业发展并逐步与国际合计准接轨的液压气动标准体系。液压行业现有国家标准96项，行业标准63项，合159项。这些标准在行业生产中已得到普遍应用，基本满足企业的生产开发和市场需要。
本文基于把液压气动技术融入于机电一体化的立场出发，从液压气动技术在国民经济建设中的地位、当今国外液压气动技术的发展状况、目前我国气动行业的现状，以及我国气动技术发展的瓶颈等方面，深入对液压气动技术的发展及气动行业战略性发展问题进行探讨。
一、气动方面
国际上气动技术的发展趋势是通过全盘机电一体化，并集合机械、电子、流体力学、真空、传感器技术、压电技术、工程塑料、视觉系统、通信与信息处理等跨各学科为一体的综合自动化控制技术，提供整套自动化解决方案及系统（即插即用技术）。需要阐明的是，气动技术正在升化、变革，不可从字面上来理解气动技术原来的服务功能范围，当今，一批国际上领先的气动厂商，把产品和服务都衍生到电驱动产品、传感产品，以及电控制等工业自动化整套解决方案之中，并把电驱动产品（步进马达、伺服马达等）、电控系统产品（PLC控制器、现场总线、以太网等控制）全部纳入公司的样本目录。气动技术开始走向工业自动化整套解决方案之路。选用气动技术解决方案，势必涉入到需对比其他工业自动化解块方案的优劣；谈气动技术发展趋势，也势必会全盘审视、探讨工业自动化整体发展大趋势。这就是如今气动技术升华的概念。如果说20世纪80、90年代，气动技术以气动产品的小型化、微型化、模块化、低功耗、集成化、智能化、标准化、延长使用寿命为重点的发展方向。那么21世纪，或者今后相当长一段时间内，发展的重点则将是低碳化（气动节能）、机电一体化（气驱动与电驱动的组合）、系统化（即插即用），强调诊断/监测，不管是气动或非气动的自动化元器件的开发，都必须考虑通信/诊断功能的统一接口界面，确保各种技术能无缝组合，真正实现机电一体化技术，为提供整套自动化解决方案服务。综上所述，气动技术已经朝着真正机电一体化方向—— 一条工业自动化整体发展的方向发展。
我国气动企业约 1 000 家，主要生产企业 35 家（不完整统计），基本涵盖我国主要气动生产厂家，比较集中分布在奉化、无锡、济南、肇庆、温州等地。中国气动市场的用户是多层次的，支撑高、中、低端市场的气动元件均获得迅猛增长。通过对市场做细分，进口为主的国外气动产品面对高端市场需求，近年来获得30~40 %的增长速度；国内的中/港合资、台湾地区独资或原国企转制后生产的产品，主要面向中端的市场，近年来获得20~45 %的增长；而20世纪后成立的民营企业生产的产品，则主要面对低端、或少量中端市场，却获得30~50 %的增长速度。以1个1/8〞二位五通单电控电磁阀为例，国外进口高端品牌气动元件，每只价格在300~450元左右的话，作为国内生产的中端市场气动元件，每只价格为71~110元左右。而国内民营企业生产的低端气动元件，其价格仅每只为30~45元左右，甚至于为每只25元左右。尽管价格相差十分悬殊，但这些相差甚远的气动元件却都找到了自己的销售渠道。据行业内人士的估算，10年前，高端对中、低端市场销售总额之比为65:35，截止2011年，高端对中、低端的市场销售总额之比开始趋缓，呈现为60:40，特别是国内一些具中坚力量的企业表现强劲，以40~50 %速度连续几年的持继发展。从产品的市场占有率分析：国内中、低端的市场与国外高端市场占有率之比则颠倒过看，这是由于产品价格因素的影响所致，当价格相差4~15多倍之后，销售总额要维持同步或超额增长，则意味着气动产品在数量上要有4~15多倍的增长。这个情况说明：中、低位的气动元件在中国蕴藏着极大的市场。从最近市场反馈的信息，国外进口气动元件的大折扣，意在争夺中端市场，而国内民营企业努力提高产品质量，提高价格的做法，也意在巩固已经取得的中端市场，中端市场的争夺战已经引起各气动厂商的注意。另外也需要值得注意的是，一些特别低价位的气动产品不利于气动技术的进步发展，也会逐渐被市场淘汰。从2012年初的市场反馈消息看，部分生产极
低价位产品的厂家已经亏损，当地政府正在积极救助，银行则出面数亿人民币贷款。我国气动行业的厂家对ISO国际标准认识严重不足，大多数国内气动厂商在刚开始创业时，为了尽快获得市场，以模仿日本公司的气缸外形尺寸（主要是连接尺寸）居多，这一段历史，至今还束缚着气动技术的自我发展及与国际化接轨，严重阻碍气动产品的进步。另外对一些技术参数设置、测试方式、方法等方面也严重认识不足，以至于产品始终落后于国外先进工业国家的水平。目前国内气动厂商自主创新能力十分薄弱，原创性技术成果甚少，缺少具有自主知识产权，几乎所有厂商生产电磁阀结构都是按20世纪80年代中期引进日本TAIYO（太阳）铁工的SR系列的滑阀型电磁阀为原型，从图纸、加工设备上20多年都未大改变。但也有的厂商则不惜重金购买高档数控机床及CNC加工中心（HARDING、DECKEL等机床）。在还未对产品结构做充分论证和评估之前，这种投资方式既浪费又贻误时机。
二、液压方面
液压气动技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一,它的水平直接影响机电产品质量和水平,因此世界各国对液压气动工业的发展都给予很大重视,液压气动工业发展速度高高于机械工业的发展速度,例如日本液压气动工业从1963年至今其平均增长率为16。仑%,而同期机械工业增长率为12。5%。西德1980年至1。86年液压气动增长率为47%,而同期机械工业增长率为25%。人世界1988年液压气动销售额为252.92亿美元,近年来国外经济衰退,液压气动行业受很大响响,日本1992年产值比91年下16,其中液压工业下昨32.1%,气动工业下降21%,美国液压气动工业1991年销售额比1990年下降9%(液压为12%,气动7%),92年预计有所回升,增长率为1%左右,西德液压气动工业近年来增长率近于零。92年稍有回升,增长率可达1~2%。据统计各国液压气动工业销售额占机械工业产值2.4一2.5%,而我国只占1%左右,这充分说明液压气动技术使用率高,我们需要大力扩大其应用。美国液压气动生产厂家近187家,拥有1200个工厂,从业人员81000人,人均年产值为1。。74万美元。日本液压生产厂家约60家,拥有200个工厂,(不包括大量零件协作加工厂),从业人数约为11。。。人,人均年产值19.18万美元。西德主要液压生产厂家有62个,近20。个工厂,从业人员22859人,人均产值10.7万美元。气动生产厂24个,从业人员6032人,人均产值8.54万美元。美、日、西德等主要国家人均产值以日本为最高,主要原因是日本工厂设备自动化程度高和生产管理完善,另外日本各厂大量扩散一般零件给协力厂加工,实现零件专业化,也是造成人均产值高的原因。我国液压气动工业1991年总产值为15.3亿元(液压13亿元,气动2.3亿元),从业人员8万人(其中气动约1万人),人均产值不到1。9万元(约为3200美元)。
而世界液压气动市场的发展动向为：
工程机械向大型化、小型化、高速化、高效化、轻量化、机电一体化方向发展。改善操作性能,提高舒适性,利用电子操纵器,减轻操作人员的疲劳。确保可靠性,提高耐久性和维护性(消灭早期故障,故障诊断预侧。
工程机械液压系统发展动向向高压化(以挖掘机液压系统为例,开式35MPa,闭式47MPa)。节能:提高机械效率,减少泄漏,采用多种型式变量泵,采用负荷传感,二次调节,电子极限负荷调节,降低油路阻力,控制自动化和智能化,广泛桑用磨灌比例阀及各种传感器。减少环境污染:噪声,漏油,确保质量体系,标准化设计用静液压传动装置(HST)代替传统液力变矩一齿轮箱传动。提高系统过滤精度。
机床的发展动向向高精度、高效、NC化、系统化方向发展。虽然主控部分已从液压控制转化为电气控制,但夹紧固定,平衡、辅助动作,液压还是不可缺少的。为适应上述方向发展主要对液压提出以下要求：广泛采用变量油泵，换向,防冲击系统采用比例阀。低功率电磁阀的应用：小型轻量化、集成化,采用复合阀,简化回路，降低成本，降低温升，降低噪声。
液压塑料注射机的发展动向:虽然目前已有全电动控制的产品,但电动系统难于实现力控制,增加机械部件,成本又高于液压系统,所以主要仍是液压控制,要求液压技术方向如下：响应性采用伺服、比例、插装元件和闭环系统。高精度、高重复性:采用闭环系统,减少元件滞环和提高其直线性，低成本:简化回路。自动化、智能化:采用数字阀,计算机应用。
锻压机械发展动向向小型机以机械为主,大型机则以浪压为主,要求实现高精度位置控制、力控制和提高工作压力。系统压力达35MPa，广泛采用电流伺服和比例东统。实现压力程序控制(NC压力机)，高精度位置控制(精密冲床)闭环系统的应用。
结 语
我国工信部把液压气动列入国家装备制造业振兴规划之中，液气密元件及系统也已经被列入8项智能测控装置与部件的研发及产业化中。目前，国际上著名气动厂商在开发自己产品时，已经大量、熟练地运用模块化、低功耗、集成化、智能化、故障诊断、通信网络技术、识别技术、传感技术、嵌入式控制技术、系统协同等技术。由此可见，我国工信部对气动技术的使命都体现在对智能装备制造业的要求之中，明确、清楚。把气动技术融入于机电一体化立场出发，也体现在对智能装备制造业的振兴中。我国的气动行业需要参考先进工业国家气动厂商的产品技术参数，及产品的测试方法，尽快制定出属于自己的高标准的产品技术参数，并采用国际上先进气动厂商正确的测试方法。中国的气动技术发展也将秉承世界气动技术的
发展之路，重新认识的液压气动技术的复兴之路将由此开始。
参考文献 [1] 中国机械工程学会组织编写.中国机械工程技术路线图.[M].北京：中国科学技术出版社，2011.[2] 中国液压气动密封件工业协会.2010 年液压气动密封行业发展与改革报告[J].液压气动与密封（PTC ASIA 特刋），2011.[3] 中国液压气动密封工业网，统计信息.[4] 国际液压、气动工业及市场发展动向.杨尔庄
[5] 自动化立体仓库堆垛机控制系统设计[J]．北京：制造业自动化，2002．
[6] 左健民．液压与气压传动（第 4 版）[M]．北京：机械工业出版社，2010．
