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關(guān)于現(xiàn)代執(zhí)行器技術(shù)在門窗五金產(chǎn)品應用的探討

來源:北京現(xiàn)代筑邦建筑材料有限公司　作者:賈天民　日期:2010-8-10
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關(guān)鍵詞：現(xiàn)代執(zhí)行器技術(shù) 門窗五金產(chǎn)品應用探討

　　一、概述
　　現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展為建筑領(lǐng)域的各個行業(yè)的發(fā)展提供了創(chuàng)新發(fā)展的機遇和條件，如何使建筑門窗五金配套件這個傳統(tǒng)行業(yè)在應用現(xiàn)代執(zhí)行器技術(shù)(從理論到應用)方面獲得產(chǎn)品創(chuàng)新的機遇是值得我們認真仔細的研究探討的課題，因為建筑和建筑門窗及相應的門窗配套件均屬傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，它和以IT業(yè)為代表的高科技領(lǐng)域的各個行業(yè)妁相比，其發(fā)展有著很大的差距和滯后，如何改變這一落后的現(xiàn)狀，本文想通過分析現(xiàn)代執(zhí)行器和建筑門窗五金配套件各自的特征，來探討二者的有機結(jié)合的可能性，為建筑門窗五金配套件行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提出一些本人思考與建議，供行業(yè)同仁參考�！�

　　二、現(xiàn)代執(zhí)行器
　　傳感器與執(zhí)行器都是自動化系統(tǒng)中的重要組成部分。如果把電子計算機比成“電腦”，傳感器稱為“電五官”，而執(zhí)行器則應該稱為“電手足”，其承擔著重要和不可替代的任務。

　　傳感器的定義：為測量目的將感受到的物理量(一般是非電量)按照相應的關(guān)系轉(zhuǎn)化為另外一種物理量(一般為電量)輸出的裝置叫做傳感器，在傳感器中直接感受被測物理量部分叫做敏感元件，摘自(QJ30-81標準)能感受(或響應)規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的期間和裝置。傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應的電子線路所組成。摘自(GB%甾-田)。

　　執(zhí)行器的定義：按照一定規(guī)律產(chǎn)生某種運動的器件或裝置。廣義的定義：凡是利用物性(物理、化學、生物等現(xiàn)象)法則、定理、定律、效應等進行能量轉(zhuǎn)換與信息轉(zhuǎn)換的，并且輸人與輸出嚴格一一對應的，以便達到對對象物的驅(qū)動、控制、操作和改變其狀態(tài)的目的的裝置與器件均可稱謂執(zhí)行器。所謂現(xiàn)代執(zhí)行器是在上述定義基礎(chǔ)上,利用先進理論、原理與先進的制造技術(shù)利用物性效應制造的執(zhí)行元器件。主要應用于國防與民用的高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)部門以及3A(辦公自動化、家庭自動化、工廠自動化)設各與裝置上。

　　三、傳感器與執(zhí)行器的分類
　　(一)傳感器分類
　　1.按照結(jié)構(gòu)和材料分類：結(jié)構(gòu)型(空間型)，物性型(材料型或)；

　　2.按照能量關(guān)系分類:有源型與無源型,能量控制型與能量轉(zhuǎn)換型；

　　3.按照輸出量形式分類：謨擬量與數(shù)字量；

　　4.按照物性效應分類。

　　一般是按照工作原理和筻日要求(被測量)分類或?qū)⒍呓Y(jié)合起來綜合分類。

　　傳感器：結(jié)構(gòu)型-機械結(jié)構(gòu)與扔理場
　　　　物性型-應變式∵電容式、壓電式、壓阻式、壓磁式、光電式、電感式、電磁式、電動式；

　　傳感器：按照使用要求(被測量)分類：物理量-力學量:力、力矩、壓力、位置、位移(線和角度)、流量、流速、密度、粘度、硬度、濁度；

　　-熱學量：溫度、熱流量、熱導率；

　　-光學量：可見光、紅外、紫外、色度、CCD、激大℃
　　-磁學量：磁通、磁場強度；

　　-聲學量：超聲、噪聲、次聲、表面波；

　　一放射線：Ⅹ、γ、β、輻射劑量；化學量-濕度：露點、水分、為水分；

　　一氣體：成分、分壓；

　　-離子：pH值、離子活度、鮮度；

　　生物量-生理量:血壓、脈搏、心電、腦電、體溫、體液、肺活量；

　　-生化量:血中離子、pH值；

　　(二)執(zhí)行器可按照能源種類、工作機理用原理)、使用要求、技術(shù)水平進行分類。
　　1.按照能量種類分類：機、電、熱、光、磁6種能量執(zhí)行器；

　　2.按照工作機理分類：結(jié)構(gòu)型(空間型)和物性型(材料型)兩大類，其中各類又可細分為：位移、振動、力、溫度、壓力執(zhí)行器；

　　3.按照技術(shù)分類：普通型和先進型。

　　按照綜合分類：

　　(1)結(jié)構(gòu)型（按能源分）：

　　一機械式：機械式{各種機械結(jié)構(gòu)與裝置)，熱機式(蒸汽機、內(nèi)燃祝、汽輪機、發(fā)動機)；

　　-電氣式：靼蔽式Ⅱ電馬達、電磁閥)，電場式(靜電場、變電壢：

　　-流體式：沾玉式!油缸、油馬達)，氣動式(汽缸，空氣馬達、湎節(jié)閥、轉(zhuǎn)換器、定位器)；

　　-其他形式・泵類、閥類、開關(guān)類、繼電器、轉(zhuǎn)換器、控制鑒、報警萎等=
　　(2)物性型（按效應分）：

　　一壓電式：±哆執(zhí)行簍|疊堆、雙晶)、超聲波執(zhí)行器、諧振式執(zhí)行簍：

　　-壓醛式：醢致忙縮我行器、超磁致伸縮執(zhí)行器；(微力)；

　　工微機電系統(tǒng)執(zhí)行器：微力、微位移、微熱板、微機器人手足、微夾鉗、微電機、微泵、微閥、微開關(guān)；

　　-仿生執(zhí)行器：仿生機器人手足、人工肌肉、人工皮膚、機器昆蟲(微機器人)、有機高聚物執(zhí)行器、橡膠執(zhí)行器、凝膠執(zhí)行器；

　　-超導執(zhí)行器：

　　-放射執(zhí)行器：

　　-化學執(zhí)行器。

　　四、現(xiàn)代執(zhí)行器的功能
　　任何一個完整的自動化系統(tǒng)，無論是簡單的還是復雜的，都包括信息的采集、信息的處理和信息的執(zhí)行三個部分。而信息的執(zhí)行則完全由執(zhí)行器來承擔完成。對執(zhí)行器過去要求的是“三高”：高精度、高速度、高質(zhì)量，自然導致價格也高�，F(xiàn)在增加了(三微)，即結(jié)構(gòu)的微型化、加工的微細化和微電子化。執(zhí)行器具有一下作用與功能：

　　1.動和致動作用，對于大多數(shù)的執(zhí)行器都具有這種作用,故許多情況稱其為驅(qū)動器或致動器，如電動、氣動、液動執(zhí)行器都具有直行程或角行程的驅(qū)動功能；許多物性執(zhí)行器，如壓電式、電致伸縮、磁致伸縮、超聲波、光/熱效應等執(zhí)行器偶微位移驅(qū)動或振動的功能。

　　2.施加載荷(力、力矩、扭矩等)作用，許多位移執(zhí)行器如果限制其位移便形成力的作用，如機器人的手(機器人末端執(zhí)行器)，就既具有位移功能，又具有施力功能。

　　3.控制與調(diào)節(jié)作用，如液壓執(zhí)行器除了具有直接驅(qū)動功能，還用來驅(qū)動閥門、擋板、風門等元件的控制裝置，接收統(tǒng)一的標準直流電流信號、氣動信號、脈沖信號。并將其轉(zhuǎn)換成與輸入信號相對應的直線或角位移，自動地驅(qū)動閥門、擋板等的開度，完成工業(yè)過程的自動調(diào)節(jié)任務。

　　4.能量與信息轉(zhuǎn)換功能，向傳感器一樣，對于許多執(zhí)行器都具有能量轉(zhuǎn)換與信息或信號轉(zhuǎn)換的功能，如薄膜式電/氣轉(zhuǎn)換器是利用電磁力控制噴嘴/擋板的距離原理，可使標準的控制信號呈線性地轉(zhuǎn)換為氣壓動力，推動閥桿等執(zhí)行機構(gòu)運動。應用廣泛的壓電執(zhí)行器，它是利用逆壓電效應，將電能直接轉(zhuǎn)換為機械能的器件。

　　5.物質(zhì)狀態(tài)與成分的控制功能，依據(jù)鉑耳帖效應制作的溫差致冷器(固態(tài)熱泵)、半導體致冷器、微型節(jié)流致冷器等都是控制溫度狀態(tài)的執(zhí)行器，這種執(zhí)行器在宏觀上并沒有移動現(xiàn)象，又如控制物質(zhì)酸堿度(pH值)的化學執(zhí)行器，是屬于控制物質(zhì)成分的執(zhí)行器。

　　五、現(xiàn)代執(zhí)行器的發(fā)展現(xiàn)狀與動向
　　1.向高效、量輕、節(jié)能、低噪聲、抗干擾、長壽命等方向發(fā)展：電氣、液壓、氣動執(zhí)行器為代表的結(jié)構(gòu)型執(zhí)行器在實用化的基礎(chǔ)上，向著高效、量輕、節(jié)能、低噪聲、抗干擾、長壽命方向發(fā)展，高性能材料的采用和化學、電化學加工工藝的采用促進了執(zhí)行器的小型化和高性能化，IC制造技術(shù)和微細加工(LIGA)技術(shù)的應用進一步促進驅(qū)動型執(zhí)行器的微型化。此外電氣、液壓、氣動結(jié)構(gòu)執(zhí)行器的智能化發(fā)展，如智能閥門定位器、智能變換器、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等也是一個重要發(fā)展方向。智能閥門定位器是新的一代智能化氣動執(zhí)行器機構(gòu)不可缺少的配套產(chǎn)品。

　　2.向物性型方向發(fā)展：物性型執(zhí)行器研發(fā)中，壓電執(zhí)行器的研究和應用向著集成化、智能化、小型化、高機電轉(zhuǎn)化率方向發(fā)展，與結(jié)構(gòu)型執(zhí)行器相比，物性型執(zhí)行器具有更好的發(fā)展前景。其中以壓電型執(zhí)行器的研究發(fā)展無論是在基礎(chǔ)理論和工程實際應用方面都取得了顯著的成果。

　　3.微型化是執(zhí)行器發(fā)展的重要方向之一：微執(zhí)行器是隨著微電子技術(shù)、微光學技術(shù)、微機械技術(shù)以及先進制造技術(shù)而發(fā)展起來的，為了實現(xiàn)精密和超精密的定位、位移、傳動、轉(zhuǎn)動、操作與控制等功能，現(xiàn)代執(zhí)行器也與傳感器一樣，向著材料的功能化、結(jié)構(gòu)的固體化與集成化、體積的微型化方向發(fā)展。通過先進的制造技術(shù)(IC制造技術(shù)、LIGA工藝、三束(電子、激光、離子)加工技術(shù)、電化學特種加工技術(shù)等研制出微馬達(靜電馬達、超生馬達、電磁馬達、諧振馬達、生物馬達等)、微泵、微閥、微開關(guān)、微位移器、微定位器、微夾持器柔性鉸鏈微工作臺、微機械機構(gòu)(微齒輪、微連桿、微凸輪等)等關(guān)鍵器件，微微型機器人的發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)執(zhí)行器部品。

　　4.執(zhí)行器與傳感器的一體化發(fā)展:傳感執(zhí)行器與自感執(zhí)行器("A)一體化是執(zhí)行器與傳感器發(fā)展的一個重要方向,對于同一物性的傳感器與執(zhí)行器本來就是同一種效應下的不同功能，即傳感器和執(zhí)行器所應用的效應互為逆效應。

　　5.執(zhí)行器用功能材料與智能材料的新發(fā)展：不同類型的執(zhí)行器使用的材料也是不同的，如結(jié)構(gòu)性執(zhí)行器主要使用結(jié)構(gòu)材料，物性型執(zhí)行器主要使用功能材料(如壓電石英、壓電陶瓷、功能半導體材料、形狀記憶材料、磁致伸縮材料等)還有仿生-智能材料(人造皮膚、人造肌肉用材料)等。

　　六、建筑門窗五金配套件的功能與存在的缺陷
　　建筑門窗五金配套件是負責執(zhí)行門窗啟閉運動的執(zhí)行功能的結(jié)構(gòu)型執(zhí)行器，主要通過力的執(zhí)行機構(gòu)單元，借助連桿機構(gòu)的力的傳遞功能，實現(xiàn)驅(qū)動啟閉開關(guān)單元的鎖閉機構(gòu)運動，來達到實現(xiàn)門窗啟閉的功能。驅(qū)動力的承接與轉(zhuǎn)換、驅(qū)動力的傳遞、承受荷載單元的位移，實現(xiàn)將使用荷載的承受與力的傳遞是門窗五金配套件的主要功胄邕。

　　1.驅(qū)動力的執(zhí)行機構(gòu)由驅(qū)動受力部分(把手、拉手、執(zhí)手)等和轉(zhuǎn)動驅(qū)動部分(傳遞驅(qū)動力的齒輪和齒輪組等旋轉(zhuǎn)機構(gòu))組成；

　　2.驅(qū)動力的線性傳遞機構(gòu)由傳力的連桿齒條機構(gòu)和角部柔性傳力機構(gòu)(用于多點鎖閉機構(gòu))組成；

　　3.驅(qū)動力的目標執(zhí)行機構(gòu)(鎖點-門窗所承受載荷的承受與傳遞機構(gòu))。

　　七、目前門窗配套件存在的缺陷
　　1.過多的消耗金屬材料q產(chǎn)品重量大；

　　2.金屬部件加工量大、加工能耗高；

　　3.金屬部件易受環(huán)境臠碘。表面處理技術(shù)落后，污染環(huán)境；

　　4.操控位置受限，不易遠程搡控；

　　5.鎖閉機構(gòu)復雜，生產(chǎn)精度要求高.成本大；

　　6.產(chǎn)品組裝工時消耗大，產(chǎn)或品倮護要求高；

　　7.產(chǎn)品體積大，包裝成本高：

　　8.產(chǎn)品生產(chǎn)設各復雜，投入高。社會配套和物流成本高；

　　9.產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，創(chuàng)新產(chǎn)品少。

　　八、開發(fā)使用現(xiàn)代執(zhí)行器技術(shù)應用于門窗五金配套件產(chǎn)晶
　　1.從功能實現(xiàn)上用現(xiàn)代執(zhí)行器替換現(xiàn)有門窗五金配套件的力驅(qū)動部件、力傳動部件和力承受鎖閉與轉(zhuǎn)移部件的探討：以平開門窗配套件為例，將平開門窗配套五金件的驅(qū)動部分-執(zhí)手的結(jié)構(gòu)簡化成執(zhí)行器的電、壓電或磁致控制開關(guān)型機構(gòu)、將連桿傳力結(jié)構(gòu)簡化成電、磁、光等信號的傳輸線路、將門窗配套件鎖閉機構(gòu)替換成電、磁、超聲波控制的執(zhí)行器機構(gòu)，將大大簡化平開門窗配套件的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，使得門窗的密閉性能大大提高，可以更多的、任意的設置鎖閉執(zhí)行器的數(shù)量，提高門窗框與扇的傳力能效，增強門窗的密封隔絕性能，進一步降低門窗的縫隙滲透能耗，有利于門窗性能的進一步提高。

　　2.用物性型執(zhí)行器實現(xiàn)替代現(xiàn)有門窗五金配套件的操控自動化功能的探討：通過物性執(zhí)行器的操控簡便的特性，即可采用電子操控、電磁操控、電子識別，紅外遙控等現(xiàn)代操控技術(shù)實現(xiàn)門窗啟閉向著自動化和智能化的方向發(fā)展，從而是建筑的自動化發(fā)展上升到一個更高的層面上。真正實現(xiàn)門窗五金配套件是建筑門窗的核心部件的關(guān)鍵地位。

　　3.從功能材料和智能材料實現(xiàn)上用現(xiàn)代執(zhí)行器替換現(xiàn)有門窗五金配套件的探討:通過采用新型的功能與智能材料來替代現(xiàn)有的比較單一的金屬結(jié)構(gòu)性材料，是實現(xiàn)用現(xiàn)代執(zhí)行器更新門窗配套件的創(chuàng)新發(fā)展方向，如采用壓電陶瓷材料、形狀記憶材料、功能半導體材料和永磁性材料等新型材料技術(shù)的應用實現(xiàn)門窗五金配套件的小型化、加工的簡便化、使用的長壽命化等方面有著很好的發(fā)展前景。

　　4.從產(chǎn)品的創(chuàng)新結(jié)果實現(xiàn)上用現(xiàn)代執(zhí)行器替換現(xiàn)有門窗五金配套件的探討：通過采用現(xiàn)代執(zhí)行器替代現(xiàn)有門窗五金配套件，從而實現(xiàn)門窗五金配套件的小型化、簡潔化、集成化、輕量化、可靠性高、長壽命、節(jié)能、智能化、降低成本，產(chǎn)品的品種會更豐富，產(chǎn)品的附加值和收益會大大增加，更有益于大規(guī)�；a(chǎn)，產(chǎn)品的維護和維修性能也會更加快捷方便，生產(chǎn)企業(yè)的競爭力會有質(zhì)的飛躍性提升。

　　九、結(jié)束語
　　綜上所述，認為通過創(chuàng)新開發(fā)現(xiàn)代執(zhí)行器在門窗五金配套件領(lǐng)域的應用，會徹底改變建筑門窗配套件行業(yè)的技術(shù)落后于現(xiàn)代社會的局面。使建筑門窗在實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、綠色、自動化、智能化的目標得以真正實現(xiàn)，能夠真正的使科技創(chuàng)新的理念、新型的材料技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)、建筑自動化和智能化技術(shù)以及節(jié)能環(huán)保的將人造環(huán)境與自然環(huán)境和諧共處的人類理想得以實現(xiàn)。讓我們共同努力創(chuàng)新為實現(xiàn)這一宏偉目標而貢獻力量。

　　[中圖分類號]TU228 [文獻標識碼]C
　　[文章編號]1671-3362(2010)01-0036-04

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