氣動技術在便攜鎖具中的應用

楊 莉，張玉廣

（河南職業(yè)技術學院，河南鄭州 450046）

0 引言

氣動技術是以氣體或壓縮氣體作為工作介質(zhì)的一種控制技術，具有節(jié)能、高效、無污染、低成本、安全可靠、結構簡單等優(yōu)點，在工業(yè)自動化行業(yè)中的應用已經(jīng)十分廣泛。氣動真空吸附技術利用真空泵或真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，由真空吸盤吸附物體，達到吊運、移動物體，組裝產(chǎn)品的目的，尤其適合對光潔不透氣的物體表面進行吸附夾緊，目前在家電生產(chǎn)、汽車制造、產(chǎn)品包裝、板材輸送等作業(yè)中有廣泛應用。

1 便攜式真空吸附鎖具

氣動控制的實現(xiàn)通常需要一臺空氣壓縮機，多應用于場地相對固定的生產(chǎn)現(xiàn)場，對需要隨身攜帶的小型器件鮮有應用。但近年來，隨著氣動元件的功能越來越靈活，體積越來越小，為氣動技術在便攜式設備中的使用創(chuàng)造了條件。

目前常用的便攜式鎖具以掛鎖為主，這種鎖具雖然方便攜帶，但只能在裝有對鎖扣或搭扣等上鎖裝置的平面上使用，極大制約了鎖具的使用范圍。利用氣動元件中的微型真空泵和真空吸盤，以真空吸附的方式鎖緊兩個平面，可以在任意平面上吸附上鎖，不需要裝有對鎖扣或搭扣等上鎖裝置，具備隨處可鎖的優(yōu)勢，極大拓寬了便攜鎖具的使用范圍。傳統(tǒng)鎖具的開鎖方式一般是機械式和密碼式兩種：機械鑰匙式開鎖，需要隨身攜帶鑰匙；密碼式開鎖，需要設置且記住密碼。本便攜鎖具可以添加通訊模塊，通過手機軟件解鎖，不需要配備鑰匙或設置密碼，實現(xiàn)隨時開鎖功能。

2 真空氣動元件

2.1 微型真空泵

微型真空泵是具有一進一出的抽氣嘴、排氣嘴的小型抽真空儀器，以氣體作為工作介質(zhì)，在進口處能夠持續(xù)形成真空或負壓，不需要采用大型真空泵的潤滑油和真空泵油，體積小巧、噪聲小、免維護，可以連續(xù)24 h 運轉，被選作本便攜鎖具的動力裝置。

2.2 真空吸盤

真空吸盤是利用吸盤內(nèi)形成負壓，把工件吸住的一種非常常見的氣動執(zhí)行元件，在工件抓取的自動化生產(chǎn)線上應用廣泛，常常用作機械手的吸吊機構。利用其易吸附、無污染、不損傷吸附物體表面等優(yōu)點，將真空吸盤作為本鎖具的鎖緊端。

2.3 真空過濾器

在微型真空泵和真空吸盤之間，設置一個真空過濾器，收集大氣中吸入的灰塵等污染物，防止真空系統(tǒng)中的元件受到污染而出現(xiàn)故障。

3 具體應用

制作控制、吸附一體式結構的軟體鎖具，鎖具的主體包括真空發(fā)生裝置、真空控制裝置、兩個真空吸盤和連接管，結構如圖1 所示。在真空發(fā)生器和控制裝置的內(nèi)部設有微型真空泵、電磁換向閥、真空過濾器、單片機、壓力傳感器、控制電路板等組件，微型真空泵的抽氣口連接兩端真空吸盤。便攜鎖具的氣動回路如圖2 所示，微型真空泵的抽氣口通過真空過濾器、電磁換向閥與真空吸盤連接，排氣口連接排氣閥（消聲器），并通過電磁換向閥與吸盤連接。

圖1 便攜鎖具結構

圖2 氣動回路

4 鎖具工作過程

4.1 上鎖

將真空吸盤分別放置在兩個待上鎖的光潔平面上，通過手機APP 向鎖具內(nèi)的通信模塊發(fā)出上鎖信號，啟動微型真空泵，電磁換向閥的常態(tài)位使真空吸盤與真空泵的排氣口斷開，真空泵將抽出的氣體通過排氣閥排入大氣，電磁換向閥的常態(tài)位使真空吸盤與真空泵抽氣口接通，因此可在鎖具內(nèi)形成負壓，將吸盤牢牢吸附在平面上，實現(xiàn)上鎖功能。

4.2 保持

為了降低能耗，利用壓力傳感器（電控部分未顯示）檢測真空吸盤內(nèi)的真空壓力：①當真空壓力達到設定上限，壓力傳感器發(fā)出暫停信號，微型真空泵暫停工作，同時使電磁換向閥持續(xù)通電，進入右側工作位，吸盤與微型真空泵斷開連接，保持內(nèi)部真空；②當真空吸盤內(nèi)的真空壓力隨著保持時間的延長逐漸降低，到達設定真空度下限的時，壓力繼電器發(fā)出重啟信號，微型真空泵啟動運行，同時電磁換向閥再次斷電，在彈簧作用下恢復到左側常態(tài)位，真空吸盤與真空泵的抽氣口重新接通，使鎖具內(nèi)部真空度再次上升。如此循環(huán)往復，使鎖具內(nèi)部的真空度始終保持在設定范圍內(nèi)，保持上鎖狀態(tài)。

4.3 解鎖

手機APP 向鎖具發(fā)出開鎖信號，發(fā)出一個斷電信號，微型真空泵停止工作，同時使電磁換向閥通電，真空吸盤與真空泵的排氣口接通，鎖具內(nèi)的真空壓力瞬間釋放，實現(xiàn)解鎖。

5 結束語

將氣動元件運用在便攜鎖具中，拓寬了鎖具的使用范圍，可以繼續(xù)開發(fā)定時、報警等功能，結構簡單，兼具功能性和趣味性。