基于氣動吸盤分選裝置的機械結構設計

李 蕓

（淮陰工學院 機械與材料工程學院，淮安 223003）

1 研究背景

在現代自動化機械工業中，為減少人工勞動力，提高物料分選效率，降低企業生產成本，自動分選裝置應用已越來越廣泛[1]。自動分選裝置通過自動化生產線，能夠連續大批量地分選物料，且分選裝置不受環境、時間、人的狀態等因素限制，可長時間連續工作，效率非常高。本文利用多功能組合式氣動分選裝置提供的元件，設計組裝了一種基于氣動吸盤的分選裝置，該氣動分選裝置的設計和制造可為高校實驗教學和課程設計提供參考，方便學生進一步了解和運用氣壓傳動與PLC可編程控制器。本裝置設計為實驗室開放型實驗課題，可供機械設計制造及其自動化、機械電子工程等專業學生開展創新實驗訓練，提高動手操作能力。

2 分選裝置機械結構設計

經過市場調查及對經濟成本的考慮，本文分選裝置結構采用工業鋁型材作為主要搭建材料。鋁型材主要具有以下特點：第一，外形美觀大方，型號多樣，質量輕、方便堆放；第二，鋁型材的鉆孔、切割、加工等符合實驗室機器和刀具要求；第三，硬度大，搭建過程中可以承受較高承載力；第四，規格統一且前后左右自帶多個T型槽，方便安裝和零件拆卸。

鋁型材上述特點充分滿足分選裝置選材要求，為保證材料間的配合以及材料與元器件之間的配合，方便互換再次利用，在機械結構搭建過程中以300mm的倍數切割鋁型材。

2.1 桌體結構設計

分選裝置桌體設計尺寸為長1200mm×600mm×615mm（包含桌面面板的厚度），如圖1所示。為提高桌體穩定性，應在桌體四周安裝支撐架。由于30mm×30mm鋁型材不足以支撐起整個分選裝置桌面，因此，此處選用60mm×30mm 6T形槽鋁型材。在桌腿四周安裝30mm×30mm鋁型材作為支撐架，桌腿與支撐件全部按90°連接，使受力均勻保證足夠的支撐強度。通過實際操作和檢驗，該搭配使用的桌體穩定性較高，且達到最大材料節省[2]。

桌面主要采用20塊60mm×15mm×600mm鋁型材，通過在鋁型材上板鉆沉孔，利用M6的內六角螺栓和螺母組合進行連接。其中，桌體鋁型材兩邊鉆兩個沉孔保證連接穩定，中間18塊鋁型材兩側各打一個沉孔。沉孔上端直徑為10mm，下端直徑為7mm。兩側板與桌腿進行連接，中間18塊鋁型材與上支撐架連接，同樣使用M6內六角螺栓和配套螺母進行組合連接。在實際制造過程中發現，采用十字形螺栓裝配時，擰緊容易磨損，所以采用內六角螺栓進行連接，這樣使得螺栓、螺母連接配合更加緊湊，提高桌體承載能力。

圖1 分選裝置整體結構設計三維圖

2.2 小球送料裝置設計

通過T型槽滑入鋁型材內，一側可以調節位置，控制板與板之間的距離，另一側無法調節，起到定位作用。板材與板材之間通過螺母的旋入抵住平面，實現固定。儲物架及推送支架安裝如圖2、圖3所示。

圖2 推送裝置

圖3 儲物架

小球依次放進儲物架，儲物架下方的C形鐵片傾斜放置，使小球無法自動滾落至軌道。儲物架后連接一個氣缸，氣缸運動達到推送小球的目的。氣缸前連接的推片前端為45°傾斜，目的是當氣缸回縮時，使小球不會因為慣性而自動下滑。整個過程利用PLC控制，通過氣缸上的磁性開關輸入信號控制電磁閥得失電。

2.3 軌道傳輸及檢測裝置設計

對小球的檢測通過電感式接近開關實現，在軌道轉彎處安裝一個感應器，將電感式接近開關利用螺母連接在L形支架上，固定在30mm×30mm鋁型材上，如圖4所示。當小球被氣缸推送下來后，沿著軌道滾落至最下方，第一級軌道最下方的底板向下傾斜且另一側也傾斜，使小球最終滾落到第一級軌道的右下角位置。電感式接近開關布置在最外側，使小球與檢測裝置接觸，進行質地檢測[3]。

圖4 軌道及檢測裝置安裝示意圖

2.4 材質分選裝置設計

材料的分選裝置主要由兩部分組成，一是直接由氣缸推送非金屬小球（見圖5），另一個是由兩個氣缸組合而成、可前后上下移動裝置，通過在一個氣缸桿部連接一個氣動吸盤來實現吸取移放（見圖6）。L形推板打一個孔安裝在MD氣缸上，作為推動小球從軌道滾落的推板。L型固定支架通過打兩個孔連接氣缸和吸盤。推送非金屬小球的機械裝置采用三個60mm×15mm×60mm鋁型材，通過90°連接支架進行連接。在中間鋁型材上安裝氣缸，整體結構通過90°連接件固定在實驗桌上。

圖5 分選裝置（非金屬）

圖6 分選裝置（金屬）

對于質地為金屬的小球，通過氣動吸盤實現轉移存放。搭建一個可使氣動吸盤上下左右移動的裝置，能夠準確將吸盤移動到小球上方。當檢測到小球質地為金屬時，由電感式接近開關釋放信號，三桿大行程氣缸向前運動，使吸盤運動到小球上方，然后單桿氣缸向下運動，使吸盤貼近小球。利用真空發生器將小球吸起，再由兩個氣缸回縮，達到轉移金屬小球的目的。整個過程氣缸運動距離由安裝在氣缸上的磁性開關來釋放信號，控制所對應的電磁閥線圈得失電。

3 結語

本文基于氣動吸盤分選裝置利用工業鋁型材作為搭建結構主要材料，分別設計制作基礎桌體部分、小球送料裝置、軌道傳輸及檢測部分及材質分選裝置等四個部分，利用氣動吸盤實現對不同材質小球進行分選。本課題可用于機械類專業實驗室開放課題實驗，從實驗方案到材料挑選、切割、裝配，這一系列的操作可以讓學生在實踐中對所學理論溫故而知新，提高了學生對專業的興趣及認同感，為今后投身機械行業打下扎實基礎。