基于气动吸盘分选装置的气动设计

李芸，唐健

（淮阴工学院机械与材料工程学院，江苏 淮安 223003）

现代自动化流水线中的分选装置主要利用液压系统、气压系统和电气控制系统将各部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动进行工作。目前应用最为广泛的是利用机械手实现分选。工业机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统组成。执行机构用来抓持工件的部件，根据被抓取物体材料、尺寸、形状、重量和作业要求而配合有多种结构形式，如夹持型（手爪）和吸附型（吸盘）等。驱动机构主要有液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。在自动生产流水线中，通过在某一特定位置根据不同工件，加装不同类型传感器进行识别，然后利用PLC 等控制设备指导机械手完成分选。

本文利用多功能组合式气动分选装置提供的元件，设计组装一种基于气动吸盘的分选装置，利用压缩空气作为传递动力的工作介质，配合气动控制系统主要气动元件，构成完整的控制回路，实现自动化分选。通过气压传动原理和各类型气动零件实现不同运动，能够手动控制电磁阀线圈得失电，实现气缸运动。模型改进完善后，引入PLC 控制器和微电脑，实现分选过程的自动化。实验装置主要包括机械装置部分、气压传动部分和PLC电气控制部分。机械装置部分通过各种类型铝合金板材和其他配件搭建适合小球传送的机械结构；气压传动部分利用空气压缩机将空气压缩，通过管道传送给气缸，进而实现能量传递和信号传输。本文主要介绍分选装置的气压传动部分。

1 分选装置的部分元件

1.1 真空吸盘和真空发生器的选择

真空吸盘是将吸盘中空气抽出，实现吸取并转移物料的气动元件，一般由橡胶材料和金属骨架配合而成。其中橡胶吸盘一般置于阴暗处保存使用，如果长时间暴晒或在高温下工作，会缩短其寿命。为了能在温度较高的工作环境下实现物料吸取移送，一般采用硅橡胶材料制成吸盘。

吸盘可方便吸起平面或球面工件，吸盘工作时所需负压由真空发生器产生，真空发生器原理如图1 所示。图中有3 个口，1 是压缩空气进气口，接电磁换向阀；2 是产生真空的口，接吸盘；3 是排气口，接消音器。压缩空气从喷管中高速喷射，在喷管出口处形成一个射流，产生卷吸流动，使得喷管出口附近空气不断被抽走，吸盘内的气压降低至外部大气压以下，即可利用压力差通过吸盘吸取物料。

图1 真空发生器原理图

1.2 磁性开关

本装置用于气缸活塞位置检测的开关选择舌簧式磁性开关，与磁性开关配套使用的气缸活塞装有磁环，在缸筒外部安装磁性开关，当活塞运动靠近磁性开关时，开关导通。磁性开关核心元件是舌簧开关，当磁铁靠近磁性开关时，舌簧开关中的簧片磁化后吸合，从而导通电路。

1.3 电感式接近开关

电感式接近开关有二线式常开、三线式常开、四线式开—闭等形式，其中二线式连接简单，但断开时有漏电流。三线式、四线式连接要注意电感式接近开关放大输出电路是NPN 型还是PNP 型，NPN 型采用共阳级接法。本装置中选择三线式常开，NPN 型连接。

电感式接近开关主要由振荡器、开关电路和放大输出电路三部分组成。通过振荡器产生一个交变磁场，当金属物件运动到感应距离范围内时，通过在金属物件上产生涡流，导致振荡衰减，进而停止振动。振荡器通过振荡和停止振动这一过程的变化，由后级放大电路识别进行处理，转换成开关信号。利用该信号的输入控制驱动控制器件，实现对物料的检测。

2 分选装置气动部分设计

2.1 整体方案

气动分选装置（图2）主要分为送料部分、检测部分、推送部分和吸盘部分等四个部分。分选装置设计工作流程为：小球依次放入储物架→气缸推送至轨道→检测小球质地→非金属小球直接由气缸推送沿轨道滚落→金属小球由吸盘吸取至对应储物箱。

图2 分选装置

2.2 气动原理设计

气动原理图如图3 所示，按下启动按钮后，电磁阀1YA 得电，送料气缸向外伸出，推送小球沿着轨道滚送至感应器前，当送料气缸上磁性开关SQ2 闭合时，电磁阀1YA 失电，送料气缸回缩，当SQ1 通电时，开始循环下一程序，即检测部分。电感式接近开关为常开状态。当小球为金属时，电感式接近开关闭合，释放一个1 的信号，使电磁阀2YA 得电，三杆大行程气缸向外伸出，当运行到磁性开关SQ4 处时，释放信号使电磁阀4YA 得电，使得连接吸盘的气缸向下伸出，运行到磁性开关SQ6 处时，电磁阀4YA 失电，同时5YA 得电，此时真空发生器一直处于工作状态，当吸盘接触到小球便将小球吸住。电磁阀4YA 得电时，连接吸盘的气缸开始向上运行，直到运行至磁性开关SQ5 处，电磁阀5YA 和2YA 失电，同时电磁阀3YA 得电，三杆大行程气缸向后回缩，直到磁性开关SQ3 得电，电磁阀7YA得电，真空发生器停止工作，小球从吸盘上掉落至储物框。如果小球为非金属，电感式接近开关不会通电，此时借助程序中辅助继电器，使电磁阀6YA 得电，将轨道中小球沿轨道推送至储物筐，当磁性开关SQ8 得电时，电磁阀6YA 失电，推送气缸回缩，直到磁性开关SQ7 得电，并重新开始新一轮循环。

图3 气动原理图

2.3 电磁阀和速度控制回路的选择

根据分选装置气动原理图采用单向节流阀的双向调速控制回路，电磁阀选用二位五通电磁换向阀和三位五通电磁换向阀。送料气缸、推送气缸以及真空发生器采用二位五通电磁换向阀，原因是这三种装置只需一次动作便可实现目的。三杆大行程气缸和连接吸盘的气缸采用三位五通电磁阀实现差动。

3 结语

气动装置结构简单、轻便、易于安装维护。由于其压力等级低，故安全性较高。工作介质为空气，只需进行气源处理，且排污处理简单，故经济成本低。由于其多种优势，气动技术已成为生产过程自动化和机械化最有效手段之一。利用气压传动实现分选功能，以及后续引入单片机控制，将是生产智能化的一种标准配置。