一種工業(yè)機械手的氣動回路分析

李香利

（許昌技術(shù)經(jīng)濟學(xué)校，河南許昌461500）

0 引言

氣動技術(shù)（Pneumatics）是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一[1]。隨著現(xiàn)代氣動技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，氣動技術(shù)因其節(jié)能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單及防火、防爆、抗電磁干擾、抗輻射等優(yōu)點[2-3]，在機電一體化裝置中的應(yīng)用越來越普遍和廣泛，其中氣動機械手在功能實現(xiàn)中的調(diào)速問題是一個重點和難點。

筆者在教學(xué)和實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對氣動機械手中的氣動調(diào)速這一部分知識不能很好地應(yīng)用，因此，本文旨在對氣動回路中機械手的調(diào)速問題作一統(tǒng)籌分析。

1 氣動機械手結(jié)構(gòu)及動作分析

機械手是自動生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線上的重要裝置之一[4]，本案氣動機械手用于生產(chǎn)流水線上一種物料分揀裝置中，如圖1所示。雙作用氣缸A、B、C通過三個兩位五通電磁閥來控制其伸出和縮回，整個氣動回路有一個總氣動開關(guān)閥——兩位三通電磁閥。整個氣動回路要實現(xiàn)如下功能要求：當(dāng)傳感器a感應(yīng)到物料為白色時，氣缸A實現(xiàn)縮回動作，使白色物料分揀到物料倉1中；如果物料為非白色，則繼續(xù)在傳送帶上往后輸送，當(dāng)傳感器b感應(yīng)到輸送的物料為黑色時，氣缸B動作并進行縮回，使物料被分揀到物料倉2中；除卻黑、白色的物料繼續(xù)隨著傳送帶向后輸送，傳感器c感應(yīng)到物料后，氣缸C動作，把其他物料分揀到物料倉3中。在整個物料分揀過程中，雙作用氣缸的初始狀態(tài)為伸出，當(dāng)傳感器感應(yīng)到相應(yīng)的物料后，要求氣缸迅速縮回以實現(xiàn)該種物料的分揀，然后氣缸伸出并恢復(fù)至初始狀態(tài)，并且縮回速度比伸出速度快。

圖1 物料分揀裝置

2 氣動回路調(diào)速問題介紹

在上述物料分揀過程中，氣缸的調(diào)速問題是整個功能實現(xiàn)中最難控制的一個環(huán)節(jié)，在教學(xué)實踐中，學(xué)生在畫氣動回路和進行操作調(diào)試時，有兩個問題不容易理解：（1）什么是進氣節(jié)流，什么是排氣節(jié)流？（2）調(diào)速是如何實現(xiàn)的，如何控制氣缸的伸出和縮回速度？

談起節(jié)流，不得不說到單向節(jié)流閥，單向節(jié)流閥是一種控制氣路中氣流大小的閥，由節(jié)流閥和單向閥兩個部分組成，如圖2所示，左側(cè)為節(jié)流閥，右側(cè)為單向閥。節(jié)流閥作用是調(diào)節(jié)氣路中氣流量的大小。單向閥顧名思義就是起到使氣流單向流通的作用，如圖2中，氣體從A向B流動時，單向閥是不通的，因此此時可以通過調(diào)節(jié)左側(cè)節(jié)流閥來控制氣體流量的大??；而當(dāng)氣體從B流向A時，單向閥不能起到單向的作用，此時不能通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)氣體的流量大小。

圖2 單向節(jié)流閥示意圖

2.1 進氣節(jié)流及調(diào)速問題

單向節(jié)流閥接在雙作用氣缸的工作口處，當(dāng)氣體從氣源流向氣缸時單向閥起作用的話，就說是進氣節(jié)流，如圖3（a）所示，氣體從氣源出來，經(jīng)過兩位五通電磁閥來控制雙作用氣缸的伸出與縮回。當(dāng)電磁閥工作口2向氣缸有桿腔輸入氣體時，單向節(jié)流閥N中的單向閥不通（起到了單向的作用），氣體只能通過節(jié)流閥進入有桿腔，從而使氣缸縮回；當(dāng)兩位五通電磁閥切換到左側(cè)腔，氣體輸入到無桿腔中，此時單向節(jié)流閥M中的單向閥不通，氣體從節(jié)流閥進入無桿腔，使氣缸伸出。

這種情況下，可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的松緊來控制流經(jīng)節(jié)流閥氣流量的大小，從而起到對氣缸伸縮的調(diào)速作用。

由于氣體從節(jié)流閥進入氣缸時，單向節(jié)流閥起到了調(diào)速節(jié)流的作用，因此說這種節(jié)流方式為進氣節(jié)流。

2.2 排氣節(jié)流及調(diào)速問題

同樣地，如圖3（b）所示，氣體由氣源流向氣缸時，單向閥是一直都暢通的，因此氣體在流經(jīng)單向節(jié)流閥時，會直接途徑單向閥流入氣缸，導(dǎo)致節(jié)流閥不起作用；但是當(dāng)氣體從氣缸的有桿腔和無桿腔中排出時，單向閥不通，這時氣體只能從節(jié)流閥處排出，就可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的松緊來控制氣流量的大小，從而調(diào)節(jié)氣缸伸縮的速度。

由于氣體從氣缸排出時，單向節(jié)流閥起到了調(diào)速節(jié)流的作用，因此說這種節(jié)流方式為排氣節(jié)流。

3 難點突破

進氣節(jié)流和排氣節(jié)流是氣動回路調(diào)速問題的關(guān)鍵和難點，通過上述分析總結(jié)如下：在進氣狀態(tài)下可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥來控制氣流量大小的節(jié)流方式為進氣節(jié)流，而在排氣狀態(tài)下通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥可以控制氣流量大小的節(jié)流方式為排氣節(jié)流。只有進氣節(jié)流和排氣節(jié)流弄清楚了，才能更加清晰準確地來掌握氣動回路的調(diào)速問題。

圖3 進氣節(jié)流與排氣節(jié)流

4 結(jié)語

氣動機械手在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，進氣節(jié)流和排氣節(jié)流是其兩種調(diào)速方式，這兩方面是實踐過程中的重點和難點。本文對氣缸的調(diào)速問題及進氣節(jié)流、排氣節(jié)流進行了系統(tǒng)分析，能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有一個清晰的認知。

[1]SMC（中國）有限公司.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]周洪.氣動技術(shù)的新發(fā)展[J].液壓氣動與密封，1999（5）：2-12.

[3]陳啟復(fù).氣動技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].液壓氣動與密封，1992（1）：12-18.

[4]馬振福.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2015.