基于氣動(dòng)吸盤分選裝置的氣動(dòng)設(shè)計(jì)

李蕓，唐健

（淮陰工學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

現(xiàn)代自動(dòng)化流水線中的分選裝置主要利用液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)將各部分動(dòng)作聯(lián)系起來，使其按照規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行工作。目前應(yīng)用最為廣泛的是利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)分選。工業(yè)機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來抓持工件的部件，根據(jù)被抓取物體材料、尺寸、形狀、重量和作業(yè)要求而配合有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型（手爪）和吸附型（吸盤）等。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。在自動(dòng)生產(chǎn)流水線中，通過在某一特定位置根據(jù)不同工件，加裝不同類型傳感器進(jìn)行識(shí)別，然后利用PLC 等控制設(shè)備指導(dǎo)機(jī)械手完成分選。

本文利用多功能組合式氣動(dòng)分選裝置提供的元件，設(shè)計(jì)組裝一種基于氣動(dòng)吸盤的分選裝置，利用壓縮空氣作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)，配合氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要?dú)鈩?dòng)元件，構(gòu)成完整的控制回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分選。通過氣壓傳動(dòng)原理和各類型氣動(dòng)零件實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)，能夠手動(dòng)控制電磁閥線圈得失電，實(shí)現(xiàn)氣缸運(yùn)動(dòng)。模型改進(jìn)完善后，引入PLC 控制器和微電腦，實(shí)現(xiàn)分選過程的自動(dòng)化。實(shí)驗(yàn)裝置主要包括機(jī)械裝置部分、氣壓傳動(dòng)部分和PLC電氣控制部分。機(jī)械裝置部分通過各種類型鋁合金板材和其他配件搭建適合小球傳送的機(jī)械結(jié)構(gòu)；氣壓傳動(dòng)部分利用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，通過管道傳送給氣缸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量傳遞和信號(hào)傳輸。本文主要介紹分選裝置的氣壓傳動(dòng)部分。

1 分選裝置的部分元件

1.1 真空吸盤和真空發(fā)生器的選擇

真空吸盤是將吸盤中空氣抽出，實(shí)現(xiàn)吸取并轉(zhuǎn)移物料的氣動(dòng)元件，一般由橡膠材料和金屬骨架配合而成。其中橡膠吸盤一般置于陰暗處保存使用，如果長時(shí)間暴曬或在高溫下工作，會(huì)縮短其壽命。為了能在溫度較高的工作環(huán)境下實(shí)現(xiàn)物料吸取移送，一般采用硅橡膠材料制成吸盤。

吸盤可方便吸起平面或球面工件，吸盤工作時(shí)所需負(fù)壓由真空發(fā)生器產(chǎn)生，真空發(fā)生器原理如圖1 所示。圖中有3 個(gè)口，1 是壓縮空氣進(jìn)氣口，接電磁換向閥；2 是產(chǎn)生真空的口，接吸盤；3 是排氣口，接消音器。壓縮空氣從噴管中高速噴射，在噴管出口處形成一個(gè)射流，產(chǎn)生卷吸流動(dòng)，使得噴管出口附近空氣不斷被抽走，吸盤內(nèi)的氣壓降低至外部大氣壓以下，即可利用壓力差通過吸盤吸取物料。

圖1 真空發(fā)生器原理圖

1.2 磁性開關(guān)

本裝置用于氣缸活塞位置檢測(cè)的開關(guān)選擇舌簧式磁性開關(guān)，與磁性開關(guān)配套使用的氣缸活塞裝有磁環(huán)，在缸筒外部安裝磁性開關(guān)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)靠近磁性開關(guān)時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通。磁性開關(guān)核心元件是舌簧開關(guān)，當(dāng)磁鐵靠近磁性開關(guān)時(shí)，舌簧開關(guān)中的簧片磁化后吸合，從而導(dǎo)通電路。

1.3 電感式接近開關(guān)

電感式接近開關(guān)有二線式常開、三線式常開、四線式開—閉等形式，其中二線式連接簡(jiǎn)單，但斷開時(shí)有漏電流。三線式、四線式連接要注意電感式接近開關(guān)放大輸出電路是NPN 型還是PNP 型，NPN 型采用共陽級(jí)接法。本裝置中選擇三線式常開，NPN 型連接。

電感式接近開關(guān)主要由振蕩器、開關(guān)電路和放大輸出電路三部分組成。通過振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物件運(yùn)動(dòng)到感應(yīng)距離范圍內(nèi)時(shí)，通過在金屬物件上產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致振蕩衰減，進(jìn)而停止振動(dòng)。振蕩器通過振蕩和停止振動(dòng)這一過程的變化，由后級(jí)放大電路識(shí)別進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)。利用該信號(hào)的輸入控制驅(qū)動(dòng)控制器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的檢測(cè)。

2 分選裝置氣動(dòng)部分設(shè)計(jì)

2.1 整體方案

氣動(dòng)分選裝置（圖2）主要分為送料部分、檢測(cè)部分、推送部分和吸盤部分等四個(gè)部分。分選裝置設(shè)計(jì)工作流程為：小球依次放入儲(chǔ)物架→氣缸推送至軌道→檢測(cè)小球質(zhì)地→非金屬小球直接由氣缸推送沿軌道滾落→金屬小球由吸盤吸取至對(duì)應(yīng)儲(chǔ)物箱。

圖2 分選裝置

2.2 氣動(dòng)原理設(shè)計(jì)

氣動(dòng)原理圖如圖3 所示，按下啟動(dòng)按鈕后，電磁閥1YA 得電，送料氣缸向外伸出，推送小球沿著軌道滾送至感應(yīng)器前，當(dāng)送料氣缸上磁性開關(guān)SQ2 閉合時(shí)，電磁閥1YA 失電，送料氣缸回縮，當(dāng)SQ1 通電時(shí)，開始循環(huán)下一程序，即檢測(cè)部分。電感式接近開關(guān)為常開狀態(tài)。當(dāng)小球?yàn)榻饘贂r(shí)，電感式接近開關(guān)閉合，釋放一個(gè)1 的信號(hào)，使電磁閥2YA 得電，三桿大行程氣缸向外伸出，當(dāng)運(yùn)行到磁性開關(guān)SQ4 處時(shí)，釋放信號(hào)使電磁閥4YA 得電，使得連接吸盤的氣缸向下伸出，運(yùn)行到磁性開關(guān)SQ6 處時(shí)，電磁閥4YA 失電，同時(shí)5YA 得電，此時(shí)真空發(fā)生器一直處于工作狀態(tài)，當(dāng)吸盤接觸到小球便將小球吸住。電磁閥4YA 得電時(shí)，連接吸盤的氣缸開始向上運(yùn)行，直到運(yùn)行至磁性開關(guān)SQ5 處，電磁閥5YA 和2YA 失電，同時(shí)電磁閥3YA 得電，三桿大行程氣缸向后回縮，直到磁性開關(guān)SQ3 得電，電磁閥7YA得電，真空發(fā)生器停止工作，小球從吸盤上掉落至儲(chǔ)物框。如果小球?yàn)榉墙饘伲姼惺浇咏_關(guān)不會(huì)通電，此時(shí)借助程序中輔助繼電器，使電磁閥6YA 得電，將軌道中小球沿軌道推送至儲(chǔ)物筐，當(dāng)磁性開關(guān)SQ8 得電時(shí)，電磁閥6YA 失電，推送氣缸回縮，直到磁性開關(guān)SQ7 得電，并重新開始新一輪循環(huán)。

圖3 氣動(dòng)原理圖

2.3 電磁閥和速度控制回路的選擇

根據(jù)分選裝置氣動(dòng)原理圖采用單向節(jié)流閥的雙向調(diào)速控制回路，電磁閥選用二位五通電磁換向閥和三位五通電磁換向閥。送料氣缸、推送氣缸以及真空發(fā)生器采用二位五通電磁換向閥，原因是這三種裝置只需一次動(dòng)作便可實(shí)現(xiàn)目的。三桿大行程氣缸和連接吸盤的氣缸采用三位五通電磁閥實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。

3 結(jié)語

氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、易于安裝維護(hù)。由于其壓力等級(jí)低，故安全性較高。工作介質(zhì)為空氣，只需進(jìn)行氣源處理，且排污處理簡(jiǎn)單，故經(jīng)濟(jì)成本低。由于其多種優(yōu)勢(shì)，氣動(dòng)技術(shù)已成為生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化最有效手段之一。利用氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)分選功能，以及后續(xù)引入單片機(jī)控制，將是生產(chǎn)智能化的一種標(biāo)準(zhǔn)配置。