王衛(wèi)益

（中海油（南通）港口有限公司，江蘇南通 226009）

0 引言

氣動技術是以壓縮空氣為介質(zhì)來傳動和控制機械的一門專業(yè)技術，由于具有節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，廣泛應用于各種機械和生產(chǎn)線。為了適應工業(yè)自動化的需求，氣動技術不斷創(chuàng)新，推出了許多新元件，給用戶提供了更多、更廣的應用空間，使得其在工業(yè)自動化領域的應用不斷擴大，在許多場合已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的機械控制、液壓控制、電器控制等形式。隨著科技的發(fā)展，氣動技術將得到更大的發(fā)展并將在工業(yè)自動化方面得到更廣泛的應用。

1 氣動元件的優(yōu)點

（1）氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡單。介質(zhì)為空氣，較液壓介質(zhì)不易燃燒，所以使用安全。

（2）工作介質(zhì)是取之不盡的空氣。空氣本身不花錢，排氣處理簡單，不污染環(huán)境，成本低。

（3）輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動作速度一般<1 m/s，快于液壓和電氣方式的動作。

（4）可靠性高，使用壽命長。電器元件的有效動作次數(shù)約為百萬次，而一般壽命3000萬次，某些質(zhì)量好的閥超過2億次。

（5）利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實現(xiàn)集中供氣?？梢远虝r間釋放能量，獲得間歇運動中的高速響應，還可以實現(xiàn)緩沖。

（6）全氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力，氣動方式可在高溫場合使用。

（7）由于空氣流動損失小，壓縮空氣可集中供應，遠距離輸送。

2 氣動元件的缺點

（1）由于空氣有壓縮性，動作速度易受負載的變化而變化。

（2）在低速運動時候，由于摩擦力占推力的比例較大，氣缸的低速穩(wěn)定性不如液壓缸。

（3）氣缸的輸出力能滿足工作要求，但其輸出力比液壓缸小。

3 發(fā)展趨勢

氣動技術越來越多地應用于各行業(yè)，其發(fā)展趨勢主要有以下7個方面。

（1）小型化、集成化。有限的空間要求氣動元件的外形尺寸盡量小，小型化是主要發(fā)展趨勢。

（2）組合化、智能化。集成化的目的不單是節(jié)省空間，還有利于安裝、維修和工作的可靠性。

（3）精密化。帶伺服系統(tǒng)的氣缸，即使供氣壓力和所負的載荷變化，仍可獲得的定位精度。

（4）高速化。為了提高生產(chǎn)率，向高響應、高速度方向發(fā)展，提高執(zhí)行元件的工作速度勢在必行，高速化是必然趨勢。

（5）高壽命、高可靠性和自診斷功能。氣動元件大多用于自動生產(chǎn)線上，元件的故障往往會影響全線的運行。為此，對氣動元件的工作可靠性提出了高要求，將氣動系統(tǒng)的自診斷功能提到了議事日程上。

（6）機電一體化。在今后相當長的時期內(nèi)開發(fā)各種形式的比例控制閥和電—氣比例/伺服系統(tǒng)，并且使其性能好、工作可靠、價格便宜是氣動技術發(fā)展的一個重大課題。

（7）安全性。氣動元件的許多使用場合，在工作時間內(nèi)不能因為氣動元件的質(zhì)量問題而中斷，否則會造成巨大損失，因此氣動元件的工作可靠性顯得非常重要。

4 氣動技術在日常工作中的應用實例

中海油（南通）港口有限公司（以下簡稱“公司”）是中國海洋石油總公司旗下一個危險石油化學品的倉儲企業(yè)，主要用于危險化學品的倉儲和轉(zhuǎn)運，屬于高危行業(yè)，除了辦公區(qū)域以外的地方都是防火防爆區(qū)域。公司在長江下游地區(qū)有1個長301 m、寬16 m的碼頭，碼頭上有2臺接卸成品汽柴油的船岸對接設備流體裝卸臂，購置于2009年，其大臂垂直方向可以在的范圍內(nèi)調(diào)整，水平方向可以作回轉(zhuǎn)變幅（圖1）。由于早期生產(chǎn)的流體裝卸臂設計沒有回轉(zhuǎn)變幅預警系統(tǒng)，如果在接卸成品油時一旦船舶走錨或纜繩松脫，船體移動出一定的范圍，船員與碼頭工作人員又沒有及時發(fā)現(xiàn)的情況下，可能會發(fā)生輸油臂傾覆的設備事故和化學品泄入長江的環(huán)境污染事故，存在安全隱患，因此被列入公司安全整改項目。

為了消除安全隱患，使設備能適應新時代的要求，需要給輸油臂加裝回轉(zhuǎn)變幅超限預警裝置，確保輸油臂在靠江那一側(cè)水平變幅達到時連續(xù)發(fā)出高音報警，及時提醒船岸工作人員發(fā)現(xiàn)問題、排除安全隱患。

經(jīng)聯(lián)系生產(chǎn)廠家，其現(xiàn)在生產(chǎn)的輸油臂都配有回轉(zhuǎn)變幅報警裝置，是采用本安型接近開關對裝卸臂水平回轉(zhuǎn)及內(nèi)外臂夾角極限位置進行檢測（具體檢測角度依據(jù)裝卸臂設計包絡范圍及現(xiàn)場使用需要在現(xiàn)場安裝時配置），并在裝卸臂立柱上安裝防爆控制箱用于報警輸出，并且控制箱具有開關線路故障檢測功能，當開關線路故障時及時發(fā)出報警指示，以提高報警系統(tǒng)本身的可靠性?？刂葡洳捎孟逻M下出式接線，每個接近開關與控制箱之間采用單根控制電纜外加防護軟管布線，保證整套系統(tǒng)的防爆及防護性能滿足碼頭使用要求。對該輸油臂進行改進需要3.2萬元人民幣/臺的費用，而且改進施工需要動用電焊、氣割等工藝，并且需要重新拉電源到輸油臂邊上供報警控制箱使用。

經(jīng)過實地考察研究，在現(xiàn)場改進安裝輸油臂。電氣報警系統(tǒng)需要碼頭無化學品船舶進行裝卸作業(yè)，需要動火作業(yè)，必須對動火邊緣的管線進行吹掃清空等安全措施工作，而且需要重新排布電源線路等配套工作。而碼頭用來控制儀器儀表動作的壓縮空氣和用來化學品管道，清空吹掃的氮氣都有固定的金屬管線，這些壓縮氣體管線除了在公司設備檢修期間停止供氣外，其余時間是常年不間斷供氣的，而且在輸油臂的近邊就有氣源的接頭。于是考慮用壓縮氣體作為動力源來研發(fā)一套對輸油臂的報警系統(tǒng)。

經(jīng)過查閱資料、學習新的氣動技術，初步設計了一套簡單的氣動報警原理圖（圖2）。根據(jù)原理圖購買了一些氣動元件，在實驗室進行了模擬試驗（圖3）。

圖3 氣動元件

經(jīng)過實驗，當氣喇叭根據(jù)要求發(fā)出高分貝報警音后，開始設計這套裝置在輸油臂上的安裝支座?？紤]到輸油臂的回轉(zhuǎn)支撐是由16個M20的螺栓固定連接的，可以在回轉(zhuǎn)支撐下安裝固定2個平面圓弧導軌，作為行程開關的定位裝置，這樣既不改變輸油臂的原有結(jié)構(gòu)，又不需要電焊氣割，只要松開原來回轉(zhuǎn)支承的4個M20的固定螺母，把2個平面圓弧軌道的安裝孔套在螺栓上重新緊固螺母就可以了，再利用輸油臂立柱上原有的2個螺栓來安裝氣動行程閥的固定支架（圖4）。調(diào)節(jié)二位二通機械閥的固定位置，使輸油臂回轉(zhuǎn)到設定的變幅范圍后，軌道撞到的閥滾輪上，接通氣源給氣喇叭供氣，使氣喇叭發(fā)出連續(xù)的高音報警。此外，還在輸油臂下部增設了手動報警按鈕，確保報警裝置有效運行（圖5）。

圖4 圓弧導軌和固定支架

圖5 施工現(xiàn)場

這次改進利用簡單的氣動元件替代了電氣元件，既滿足了防爆的要求又達到了報警的效果，讓工作人員和船員在整個碼頭作業(yè)范圍內(nèi)都能聽到報警信號。

通過對此項輸油臂回轉(zhuǎn)變幅預警裝置的研究，實現(xiàn)了利用平面凸輪機構(gòu)進行定位預警功能，安裝方便、快捷、省時省力、安全可靠，填補了此類設備在安全預警方面使用氣動技術的空白，解決了輸油臂無回轉(zhuǎn)變幅超限預警的問題，優(yōu)化了設備，消除了安全隱患。

生產(chǎn)廠家用防爆電氣對公司2臺流體裝卸臂的預警裝置升級改造，不僅需要約6萬元人民幣的費用，還需要公司自行提供電源、重新敷設電纜。而公司自己研發(fā)的氣動預警裝置，只是利用簡單的氣動元件來控制氣喇叭發(fā)聲報警，2套裝置零配件花費不到1000元人民幣，節(jié)約了大筆資金，起到了降本增效的效果。

5 結(jié)束語

從上述氣動技術的優(yōu)缺點和發(fā)展發(fā)展方向和應用實例可知，在氣動技術的應用上有許多工作可做，只要在自己的工作中多動腦多實踐，一定會有更多的創(chuàng)新突破。先進的制造技術應用到實踐工作中能有效促進和提高企業(yè)的科技和生產(chǎn)發(fā)展水平，進而提高企業(yè)生產(chǎn)率，有助于企業(yè)在激烈的市場中取得競爭優(yōu)勢，從而在市場中處于優(yōu)勢地位，也為將來的工業(yè)發(fā)展做出重要貢獻。