气动系统控制认识研究论文

液压技术在工业中的应用液压技术一般应用于重型，大型，特大型设备，如冶金行业轧机压下系统，连铸机压下系统等；军工中高速响应场合，如飞机尾舵控制，轮船舵机控制，高速响应随动系统等工程机械，抗冲击，要求功重比较高系统一般都采用液压系统以上三个领域是应用液压技术的最大领域液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。液压传动基本原理液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。液压传动是流体传动的一种，其基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。液压传动的优缺点1、液压传动的优点（1）体积小、重量轻，因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；（2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速；（3）换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换；（4）液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制；（5）由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面间能自行润滑，磨损小，使用寿命长；（6）操纵控制简便，自动化程度高；（7）容易实现过载保护。2、液压传动的缺点（1）使用液压传动对维护的要求高，工作油要始终保持清洁；（2）对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；（3）液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；（4）用油做工作介质，在工作面存在火灾隐患；（5）传动效率低。

液压与气动技术发展趋势 ----社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。 ----由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 1．减少能耗,充分利用能量 ----液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： ①减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 ②减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 ③采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 ④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。 ⑤改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。 ⑥为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 2．主动维护 ----液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 ----要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 ----另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。 3．机电一体化 ----电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。 液压行业： ----液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。 ----液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间；液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术；液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。 气动行业： ----产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展，执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展；气动元件与电子技术相结合，向智能化方向发展；元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展，普遍采用无油润滑，应用新工艺、新技术、新材料。 （1）采用的液压元件高压化，连续工作压力达到40Mpa，瞬间最高压力达到48Mpa； （2）调节和控制方式多样化； （3）进一步改善调节性能，提高动力传动系统的效率； （4）发展与机械、液力、电力传动组合的复合式调节传动装置； （5）发展具有节能、储能功能的高效系统； （6）进一步降低噪声； （7）应用液压螺纹插装阀技术，紧凑结构、减少漏油。采纳哦

近五年以第一或第二作者发表的学术论文有：[1] Maolin Cai, Kenji Kawashima, Toshiharu Kagawa：Power Assessment of Flowing Compressed Air, Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, , , , 2006[2] Maolin Cai, Toshiharu Kagawa: Energy Quantification of Compressed Air in Pneumatic Actuating Systems including Compressor, Compressors & Pneumatics of Russia, , December, 2002[3] 蔡茂林，藤田??，香川利春：空??シリンダの作?における有?エネルギ??支，日本フル?ドパワ?システム学会?文 集，，，，2002[4] 蔡茂林，藤田??，香川利春：空????システムにおけるエネルギ?消?とその??，日本油空?学会?文 集，，，，2001[5] 王涛，蔡茂林，川?健嗣，香川利春：流量??表示式を用いた等温化放出法による空??要素の流量特性の??，日本フル?ドパワ?システム学会?文 集，，，，2005[6] Harus , Maolin Cai, Kenji Kawashima, Toshiharu Kagawa： Increasing Accuracy of Differential Pressure based Air Leak Detector by Well-Predicting the Required Temperature Recovery Time, Measurement Science and Technology, , , pp411-418, 2006[7] リシン，蔡茂林，川?健嗣，香川利春：旋回流を用いた非接触搬送系に?する研究(第1?ボルテックス?チャックの基?特性)，日本フル?ドパワ?システ ム学会?文集，，，2007[8] 王涛，蔡茂林，川?健嗣，香川利春：?等温化?力容器を用いた空???器の流量特性??に?する研究－???を考?した等温化放出法の温度??の提案，日 本フル?ドパワ?システム学会?文集，, , 2006[9] Tao Wang, Maolin Cai, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa： Modeling of a Nozzle-flapper Type Pneumatic Servo Valve Including the Influence of Flow Force, International Journal of Fluid Power, Vol. 6, No. 3, pp. 33-43, 2005[10] CAI Maolin and Toshiharu KAGAWA: Simulation for Energy Savings in Pneumatic System, Asian Simulation Conference 2006, , 2006[11] Maolin Cai, Toshiharu Kagawa：Power Distributions in Pneumatic System, Proceedings of First BIT-TIT Joint Workshop on Mechanical Engineering, Beijing, China, 2005[12] Maolin Cai, Toshiharu Kagawa：Design and Application of Air Power Meter in Compressed Air Systems, EcoDesign 2001: Second International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing, Tokyo, Japan, , 2001[13] Maolin Cai, Toshiharu Kagawa：Energy Consumption Assessment of Pneumatic Actuating Systems including Compressor, International Conference on Compressors and their Systems, London, UK, , 2001[14] . Harus, CAI Maolin, Kenji KAWASHIMA and Toshiharu KAGAWA: Dynamic Model of Leak Measurement by Pneumatic Pressure Change, Asian Simulation Conference 2006, , 2006[15] Toshiharu Kagawa, Maolin Cai, Kenji Kawashima：Energy Assessment in Pneumatic Systems and Air Power Meter, Bath Workshop on Power Transmission & Motion Control, Bath, UK, , 2002[16] Toshiharu Kagawa, Maolin Cai, Hirotaka Kameya: Overall Efficiency Consideration in Pneumatic Systems with Compressor, Dryer, Pipe and Actuators, The 5th JFPS International Symposium on Fluid Power, Kyoto, Japan, , 2002[17] Toshiharu Kagawa, Maolin Cai, Kenji Kawashima, Tatsuya Funaki：Energy Conversion Mechanics and Evaluation of Compressible Fluid in Pneumatic Actuator Systems, IECEC Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Washington, DC, US, CD-ROM, 2002[18] ., Harus, Maolin Cai, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa: Characteristics of Leak Detection Based on Differential Measurement, Proc. of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power, Tsukuba, Japan, , 2005[19] Tao Wang, Maolin Cai, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa: Determination of Flow Rate Characteristics of Pneumatic Components by Pressure Response Considering Heat Transfer, 8thTriennial International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization, CD-ROM, Chengdu, China, Aug., 2005[20] Harus ., Maolin Cai, Kenji Kawashima, Toshiharu Kagawa: Analysis of Differential Pressure based Air Leak Tester, SICE Annual Conference, Kochi, Japan, , 2005[21] Harus ., Maolin Cai, Kenji Kawashima, Toshiharu Kagawa: Analysis of Temperature Effect on Differential Pressure Method for Air Leak Detection, SICE Annual Conference, Saporo, Japan, CD-ROM, 2004[22] Toshiharu Kagawa, Maolin Cai, Kenji Kawashima, Tao Wang: Extended representation of flow-rate characteristics for pneumatic components and its measurement using isothermal chamber, Proceedings of Power Transmission and Motion Control 2004, Bath, UK, , 2004[23] Tao Wang, Maolin Cai, Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa: Model of a Nozzle-flapper Type Pneumatic Servo Valve and Differential Pressure Control System Design, Proc. of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power, Tsukuba, Japan, , 2005[24] Changho YOUN, Maolin CAI, Tatsuya FUNAKI, Kenji KAWASHIMA, Toshiharu KAGAWA: Fundamental Analysis of Super Low Noise Control Restriction for Compressible Fluid, Proceedings of ICHP 2003, , 2003[25] 蔡茂林，香川利春：气动系统的能量消耗评价体系及能量损失分析, 第四届全国流体传动与控制学术会议，大连，中国，2006[26] 蔡茂林，?木?也，川?健嗣，香川利春：省エネのためのエアパワ?メ?タの??，平成15年度春季フル?ドパワ?システム?演会?演?文 集，，2003[27] 蔡茂林，藤田??，香川利春：エアエクセルギによる空??エネルギ???，平成13年度春季フルイドパワ?システム?演会?演?文 集，，2001[28] ハルス グントル，蔡茂林，川?健嗣，?木?也，香川利春：空?漏れ??における差??出法に?する研究，平成17年度春季フル?ドパワ?システム?演会?演?文 集，?京，日本，，2005[29] 王涛，蔡茂林，仙石?治，香川利春：空??小口径接??器の流量特性の??及び考察，平成15年度春季フル?ドパワ?システム?演会?演?文集，?京，日 本，，2003[30] 蔡茂林，藤田??，香川利春：多孔オリフィス形のショックアブソ?バのシミュレ?ション，第19回シミュレ?ション?テクノロジ??コンファレンス?表? 文集，?京，日本，，2001[31] 王涛，蔡茂林，?木?也，川?健嗣，香川利春：ノズルフラッパ型空??サ?ボ弁の?力流量特性の??に?する研究，平成16年度秋季フル?ドパワ?システ ム?演会?演?文集，高知，日本，，2004[32] 王涛，蔡茂林，川?健嗣，香川利春：ノズルフラッパ型空??サ?ボ弁のモデル化，平成16年度春季フル?ドフル?ドパワ??システム?演会?演?文 集，，，，2004[33] 王涛，蔡茂林，?木?也，川?健嗣，香川利春：ノズルフラッパ型空??サ?ボ弁の特性解析，??自?制御学会2003 年度???用部?大会，?京，日本，，2003[34] 蔡茂林，川?健嗣，藤田??，香川利春：空??シリンダ??システムの供??力と制御性に?する研究，平成16年度春季フル?ドパワ?システム?演会?演 ?文集，?京，日本，，2004[35] リシン，蔡茂林，川?健嗣，香川利春：ノズルフラッパ型サ?ボ弁と?空??器による?力制御性の比?，平成17年度春季フル?ドパワ?システム?演会?演 ?文集，?京，日本，，2005与多人合作著书一本：[1]《气动系统入门》, 承担其中一章，日本流体动力系统学会创立30周年出版,2003年出版；另外，在日本行业杂志《油空压技术》等上针对企业研发人员发表了20篇技 术解说文章；在气动系统节能，气动元件特性表示方法和试验方法规格化，气动系统高速精密控制特性，气动系统及元件的信赖性方面参与了大量的调查研究工作， 完成调研报告6篇，与相关学术组织、研究机构及日本企业建立起了紧密的联系。