气流负压式吸盘的理论分析及其在包装机械上的应用.pdf

公‰尹试验研究护书多气流负压式吸盘的理论分析及其在包装机械上的应用西北轻 工业 学 院董继先一、概述随 着科学技 术 的发展,自动化程度的提高,机械手广泛 应用于各种工 业 领域机械手中典 型手 部之一的气 流负压吸盘 广泛 应用于机械、电子、轻工、印刷、建材 等行业特别在包装食品机械 中的搬运、输送、开箱、开袋、上 袋、上盒、上盖等场合都有着广泛的应 用前景,尤 其是 对一 些 薄片形的物件,如薄铁片、板材、纸盒、纸盖 及 薄壁易碎 的玻璃器 皿 等吸附效 果 更为明显气吸式手部同机械式手部相比,结 构简单、重 量 轻、表面吸附 力分布 均匀,所以,气 吸 式吸盘对 任何具有 表 面 光滑,不透 气 的物体,特别是不宜 采用 夹 紧办法搬 运、输送的 非 金属 物件 非常适亘二、结构原理及理论依据1.结构原 理气 流 负压吸盘是 利用吸盘内形成负压将工件吸住的一种装置,图1为气 流喷射式 负压吸盘的 结构图它主要 由两部分组成,即产生真空 的装置气 流喷 射器 和用橡胶或软性塑料制 成的皮碗组 成工作原理如图所 示,把空 压机供给 的 经过净化处理的压缩空气,通过喷射器 使 其压力能转换为气流的 速度能,根据伯 努利 方程可知,在喷 射器 喷咀 末端,由于气流 速度很高(达到超 音 速)所以静 压能很 低,这样被吸附 的物体与吸盘之间的空气就 不 断地被高速气 流卷吸走,形 成负压区即可 吸住物件。

; ;’飞沐沁广泳泳Z Z Z奋 、尸目. ‘“ 曰‘‘~ ~ ~, ,砰~.~ ~~J~‘叫) ) ) 妙妙妙, ,1 1 1. . . . . 甲甲. . . . .图1喷射式负压吸盘 结构圈1一橡胶吸盘2一吸盘芯子3一通气螺仃4一吸盘体5一喷 咀6一喷 咀套2.气 流喷射 器的 基本理论分析气流 喷射器 是 气流 负压 吸盘形成负压即真空 的关键部 件它是 由一个“缩放喷咀”和一个“扩压管”组成 的它 之所以能够把压缩空 气 的压力 能转换 成 速度 能以获得真 空是建立在以下理 论 基础 上的根据流体力学可知,绝热 稳定 流 动的气体遵 循连续性方程:pOA·一 C能 量方程P+e犷一c2(l)(2)对于(1)式两边 取 自然对 数 并 微 分得;甘+兮十警一 I )对于(2)戈两边取微分得:、,声‘、/下11护r 又Z冤、dp,_-—叶一的d即一U p再引入音速灼计算式:学中称为临 界状 态,从 数 学概 念上讲,临界断面的微 分 为零,此时 出现 极值断面,不是极小 值 就是极大值经过证 明临界断面为最小 断 面综 上所 述,可以看 出,要 让 低速的气 流变 成高速的超音 速气 流,可以先 让亚 音速的气流先 流入渐缩 管,并 使 其在 最小 临界断面上达到音速,然启,让气流进入扩 张管 满足进 一步 膨胀增速,这样 就可以得到超音 速气流。

由此我们 就可以得 出从 亚 音速 到超音速喷管的形 状如图2所 示a一一P一p”刁UJU把以上(I)(I)(l)式联 立求出气体流动的管道 截面 积A与 流 透之 间的关系如 下:““d! ! !‘口卜一下d妙一(c o :一1)旦里-’八’a‘夕口M一一0”a令则有:dAA一(M’一,,‘孚图2缩放 喷管示意图图2缩放喷管也叫L A V A L喷管气流在拉 伐尔喷管 中流 动时,流 速,截面 积,比容的变化 规律如图3所示W)fe v其中M为 流体 力 学中的马赫数分析W式有 如下 几点:¹若M1即>a,气 流为超音 速流二、、二、二,,、八~d A一d一动,这 时M,一1>0,即一生气竺与止竺竺的 变一“’一”J‘住‘/”’”尸A习¹曰“人化成 正比,即气体作超音速 流动时,气流速度与 管道截面成正比关系亦即管道断面 与气体流速 同时 增大»若M~l时,即~a,此 时气体为**、士、、、二~、二 ,,_,,一dA等音速流 动,这 时M艺一l二0.则有卫亩牛-·‘曰~““~,一”刁‘~‘“’八.‘门A一O这说明此时截面变化率为零,在流体力P一Pe图3压 力与流速 比容 面积关系曲线c一流速f一面积v一比容由图3可以看 出随 着气体压力的不 断 降低,气 流速度将逐渐增大,当p。

0.52 8p:时,出现 音速,此 时正 好为 临 界断面,然 后气流 压力 进一步降低,流速增大为超 音速,这样气流 经过拉 伐尔喷管,就把其压力能转换为速度能咖 翔根 据气体能旦方程p+卫二全兰一C可以看翔2 5 0出静 压 能、 P随着流速万的增大而不断降低气流 负压吸盘的喷射器抽真空原理就 是依据以上理 论而来的2 0 O1 5 Q之只享心”倒三、性能特点及控制回路1.性 能特 点a.由于 喷 射器无可动件,结 构 简单,所以无 故障b.由于气流吹 勺拭导,体积小,重 量 轻又靠近吸盘,特别适 应于机械手移动 灵 活,轻量化的要 求由于气流为连续介质,所以获得的真空度 连续、稳 定d.由于压缩空气 的有无为直接 控制,所以真空 的有无是瞬时 完成 的这样 负压吸盘能快速吸附物件,一旦气 流切换吸盘能 快速强制脱 离吸衬物件e.制造简单,成 本低,在 许多 场 合可以代 替小 型 机械式 其空泵f.在许 多 自动 包机中,由于本机经常带有气源,反 用负压吸盘,能源 一玫,可 以节 省不 必 要约二.构 和能源气流喷爪器. 勺宾今度,耗 气 量与进以压力之 间的关不如目4所 示帐50竺竺竺竺竺竺竺} } }/ / / 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7‘一一 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7产- - - - - -/ / / / / / / / / / /尹‘一一一一/ / / / / / / / /夕一一一一二二二厂厂厂厂/ / /奋奋/ / / /7乙乙乙- - - ~ -7 7 7/ / // / / /夕成成一户口口二二尸户尸尸二二二‘’’声护.心心多多, , ‘吐吐巴竺二二嘴嘴嘴 一. . .. . . . .真空度Pa一逐弓当喷京器 迸「 」气 压P:选定后,可以查 出真空压7丁毛复和耗气量值。

吸 盘灼实际吸力可以用下人未计算:又:K:二一(P一P:)」人只I/ 州 i叮翔mHg式 中F一一吸盘吸力,kgfS一一吸盘吸附面 积,cm“P一一大气 压力.kgf/cm“P:一一喷咀 出日处压 力,k叮/m几kl为安全燕数,k,为工作情况系数,k为方 位只粉2.手空俐回少图6所示 为气流 负王吸盘的t一般 控制回路图其 中真空毋拱阀能在吸盘介离吸附 物件的瞬时破 从毋全灼真丝能力,以便 快 速脱离吸附件/‘万真空压流量2111 0\一”杯一 招茄压支5X105Pa回6级盘控制原理翻图4不 同规格灼 吸盘,理论吸力 与真空 度之间 钩关系如图5所示1一气源2一过 滤减玉门3一电磁换向阀4一真空 切换阀5一真空转换器6一消声器7一过滤器8一单向阀一分纪器1一真空发生器11一吸盘四、气流负压吸盘未打开场箱饭在包装机械上的应用为了说明气流负压 吸盘在 包装机械上 的应用,下 面 简介几个应用实例1.吸气张袋对 于包装容器,不 管是 成品袋还 是具有制 袋充填的 包 装机,它的加料方向往往 与 薄膜 袋 的运动 方向 不 一致,加料斗是在制 成袋后 再 插入袋口的,所以在 包装 机上必须设置张 袋装置。

常见张袋 装置 有 吹气、吸 气、机械式、综 合式等几种相对来 说,吸气张袋简单可靠平行四边形双曲柄机构护护尸J J J3 3 3 3 3瞬瞬习习吸气 张 袋原 理如图7所示图7吸 气张袋示意必对于纸 袋或 塑料薄膜 袋 用真空 吸盘同时对吸 袋口,使 之张开两真空吸盘 的开合可用气缸来驱 动与整个包装动作相配合真空吸盘的 吸力主要 用来克 服两层 纸或薄膜间 的 吸 引力实践证明用气流负压吸盘简单可靠,比用传统的小型真空泵的成本低得多,而且许多自动 包装机本身就 带气源,只需加一到两个气动控制 阀和真空吸盘 即可_达到 吸气张袋的目的2.真空 取箱和开箱 装置如图8所示奶 粉 塑料袋装箱机的开箱:成型机构是由曲柄1,3和连 杆2,真空 吸盘机构4,机架5,挡销6组成的图8开箱机构开箱成型 过程示惫时开箱原理如下:气流 负压 吸盘通过 中间杆固装在连 杆2的中部,其 中为了 利 于下部 纸 板 的张开,左边吸头偏 装在 左下方回杆机构的 主动件1是由带 齿条 的气缸推动齿轮 产生 摆 动,从而使两个连 架杆在9 0范围内摆 动时,利用平行四边形 双 曲柄机构 运 动的平 行 性,使 负压吸 盘不 转向。

当两个吸盘到达取 箱位 置时,负压吸盘将一张 纸 板从 弹簧片 中吸出,挡销6从 纸板叠合的外层舌板间缝 中穿过,压住纸板的内层,从而 将纸板打开 变成 箱子如图所示,吸头 不 管转 到B’C’位置 还是 到BC位置,始 终与纸 板保持垂直,同时与连 杆BC垂 直,这样就保证了 箱子的正确开口成型在塑料袋装箱机中,该机本身有多处用到气缸作为执行机构,所以本身有气源,采用气 流 负压吸盘,可以省掉真空 泵,利 用本机气源 作 为吸盘的能 源,这样不但结构 简单,成本低,而.巨真空吸附连 续,取 吸 灵 活3.负压 吸盘输送装置图9负压 吸盆输送装t示愈圈负压吸盘输送装置如图9所示它是 由摆动气 缸1、气缸2、气流 负压 吸盘3和摆杆4组成的它的输送 原理如下:把 料仓 内的被吸物,利 用气流 负压吸盘吸住,摆 动气缸旋 转 到放料位 置,气缸2下下降上 升 气缸2负压吸盘3移,关闭真空 吸盘气路,解除真空放料,气缸2上 升,摆 动 缸1旋转回复到料仓 位,这样就完成了一个搬运循 环该机械手的 循环 图和气控原 理图如图1 0、图1 1所示在自动包装机或自动装配机 中,往往要进行一些 包装 纸、盒、盖 或被装 配 的平滑 零件的运 送,那么,真空吸盘 输送机 构体积小,重量轻,实用,可靠,在各 类 自动机械中具有广 泛的应用价值。

挂动气虹1参考文献(1〕《工 业机械手设计 基础》图1 0真空吸 盘机械手循环图橄胶 吸盘瓦空发生肠图1 1气动控制回路天津 大 学 编,198 1〔2〕《食品包装 机械 设计 》黑 龙江 商 学院编,1 98 5〔3〕《工程热力 学》同 济大学等编,198 1〔4〕( ( 省力巴自动化 》第 五号,第九号,198 7〔5〕《轻 工业气压传 动 》西 北 轻工 业学 院编,198 4润. . .. .口一一. . . . .. , 曰口. . .. . , . . .. , . . . . .曰. . . . . 可食用纸用日本酒井理化 学研究所开 发出一种能吃的纸这 种 纸是以豆 腐渣为原 料,采用高技术制成的具体方 法 是,在豆 渣水中放入脂肪酶和 淀粉 酶,用4 0 度的 温度 加温7、8小时后,油脂 部分 被 分解 留下食 物纤维食物纤 维 中再 掺入山芋 粉后使 之混合粘 住便制成纸这 种 纸 最适 用于 快餐面 辣 椒调料的 包装用纸用 热汤一泡 便可溶化,还 具有营养价值新鲜食品保鲜盒不 久前,美国赫 尔克 里士工程聚合物公司 计划生产一种新的新鲜食品包装容器,它比一般包装的保鲜期长1.5、3倍.这种保鲜盒将具有渗透性的 聚丙烯薄膜做成片状,贴在硬 质可 透 气容器的孔洞上,使氧气和二 氧化碳 与外界交换,以保持容器内适宜 的气氛。

如采用此保鲜容器,每年美 国可有50 0 亿磅的食品免于腐烂。