基于氣動吸盤分選裝置的氣動設(shè)計

李蕓，唐健

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

現(xiàn)代自動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)將各部分動作聯(lián)系起來，使其按照規(guī)定的程序自動進行工作。目前應(yīng)用最為廣泛的是利用機械手實現(xiàn)分選。工業(yè)機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(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)動機構(gòu)主要有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。在自動生產(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行識別，然后利用PLC 等控制設(shè)備指導(dǎo)機械手完成分選。

本文利用多功能組合式氣動分選裝置提供的元件，設(shè)計組裝一種基于氣動吸盤的分選裝置，利用壓縮空氣作為傳遞動力的工作介質(zhì)，配合氣動控制系統(tǒng)主要氣動元件，構(gòu)成完整的控制回路，實現(xiàn)自動化分選。通過氣壓傳動原理和各類型氣動零件實現(xiàn)不同運動，能夠手動控制電磁閥線圈得失電，實現(xiàn)氣缸運動。模型改進完善后，引入PLC 控制器和微電腦，實現(xiàn)分選過程的自動化。實驗裝置主要包括機械裝置部分、氣壓傳動部分和PLC電氣控制部分。機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械結(jié)構(gòu)；氣壓傳動部分利用空氣壓縮機將空氣壓縮，通過管道傳送給氣缸，進而實現(xiàn)能量傳遞和信號傳輸。本文主要介紹分選裝置的氣壓傳動部分。

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，實現(xiàn)吸取并轉(zhuǎn)移物料的氣動元件，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，如果長時間暴曬或在高溫下工作，會縮短其壽命。為了能在溫度較高的工作環(huán)境下實現(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，吸盤工作時所需負壓由真空發(fā)生器產(chǎn)生，真空發(fā)生器原理如圖1 所示。圖中有3 個口，1 是壓縮空氣進氣口，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射流，產(chǎn)生卷吸流動，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)活塞運動靠近磁性開關(guān)時，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，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，其中二線式連接簡單，但斷開時有漏電流。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)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物件運動到感應(yīng)距離范圍內(nèi)時，通過在金屬物件上產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致振蕩衰減，進而停止振動。振蕩器通過振蕩和停止振動這一過程的變化，由后級放大電路識別進行處理，轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號。利用該信號的輸入控制驅(qū)動控制器件，實現(xiàn)對物料的檢測。

2 分選裝置氣動部分設(shè)計

2.1 整體方案

氣動分選裝置（圖2）主要分為送料部分、檢測部分、推送部分和吸盤部分等四個部分。分選裝置設(shè)計工作流程為：小球依次放入儲物架→氣缸推送至軌道→檢測小球質(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應(yīng)儲物箱。

圖2 分選裝置

2.2 氣動原理設(shè)計

氣動原理圖如圖3 所示，按下啟動按鈕后，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，電磁閥1YA 失電，送料氣缸回縮，當(dāng)SQ1 通電時，開始循環(huán)下一程序，即檢測部分。電感式接近開關(guān)為常開狀態(tài)。當(dāng)小球為金屬時，電感式接近開關(guān)閉合，釋放一個1 的信號，使電磁閥2YA 得電，三桿大行程氣缸向外伸出，當(dāng)運行到磁性開關(guān)SQ4 處時，釋放信號使電磁閥4YA 得電，使得連接吸盤的氣缸向下伸出，運行到磁性開關(guān)SQ6 處時，電磁閥4YA 失電，同時5YA 得電，此時真空發(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，連接吸盤的氣缸開始向上運行，直到運行至磁性開關(guān)SQ5 處，電磁閥5YA 和2YA 失電，同時電磁閥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物框。如果小球為非金屬，電感式接近開關(guān)不會通電，此時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物筐，當(dāng)磁性開關(guān)SQ8 得電時，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作便可實現(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現(xiàn)差動。

3 結(jié)語

氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、易于安裝維護。由于其壓力等級低，故安全性較高。工作介質(zhì)為空氣，只需進行氣源處理，且排污處理簡單，故經(jīng)濟成本低。由于其多種優(yōu)勢，氣動技術(shù)已成為生產(chǎn)過程自動化和機械化最有效手段之一。利用氣壓傳動實現(xiàn)分選功能，以及后續(xù)引入單片機控制，將是生產(chǎn)智能化的一種標(biāo)準(zhǔn)配置。