李 蕓

（淮陰工學(xué)院 機(jī)械與材料工程學(xué)院，淮安 223003）

1 研究背景

在現(xiàn)代自動(dòng)化機(jī)械工業(yè)中，為減少人工勞動(dòng)力，提高物料分選效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，自動(dòng)分選裝置應(yīng)用已越來(lái)越廣泛[1]。自動(dòng)分選裝置通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)線，能夠連續(xù)大批量地分選物料，且分選裝置不受環(huán)境、時(shí)間、人的狀態(tài)等因素限制，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，效率非常高。本文利用多功能組合式氣動(dòng)分選裝置提供的元件，設(shè)計(jì)組裝了一種基于氣動(dòng)吸盤(pán)的分選裝置，該氣動(dòng)分選裝置的設(shè)計(jì)和制造可為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)提供參考，方便學(xué)生進(jìn)一步了解和運(yùn)用氣壓傳動(dòng)與PLC可編程控制器。本裝置設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)課題，可供機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，提高動(dòng)手操作能力。

2 分選裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查及對(duì)經(jīng)濟(jì)成本的考慮，本文分選裝置結(jié)構(gòu)采用工業(yè)鋁型材作為主要搭建材料。鋁型材主要具有以下特點(diǎn)：第一，外形美觀大方，型號(hào)多樣，質(zhì)量輕、方便堆放；第二，鋁型材的鉆孔、切割、加工等符合實(shí)驗(yàn)室機(jī)器和刀具要求；第三，硬度大，搭建過(guò)程中可以承受較高承載力；第四，規(guī)格統(tǒng)一且前后左右自帶多個(gè)T型槽，方便安裝和零件拆卸。

鋁型材上述特點(diǎn)充分滿(mǎn)足分選裝置選材要求，為保證材料間的配合以及材料與元器件之間的配合，方便互換再次利用，在機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建過(guò)程中以300mm的倍數(shù)切割鋁型材。

2.1 桌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分選裝置桌體設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)1200mm×600mm×615mm（包含桌面面板的厚度），如圖1所示。為提高桌體穩(wěn)定性，應(yīng)在桌體四周安裝支撐架。由于30mm×30mm鋁型材不足以支撐起整個(gè)分選裝置桌面，因此，此處選用60mm×30mm 6T形槽鋁型材。在桌腿四周安裝30mm×30mm鋁型材作為支撐架，桌腿與支撐件全部按90°連接，使受力均勻保證足夠的支撐強(qiáng)度。通過(guò)實(shí)際操作和檢驗(yàn)，該搭配使用的桌體穩(wěn)定性較高，且達(dá)到最大材料節(jié)省[2]。

桌面主要采用20塊60mm×15mm×600mm鋁型材，通過(guò)在鋁型材上板鉆沉孔，利用M6的內(nèi)六角螺栓和螺母組合進(jìn)行連接。其中，桌體鋁型材兩邊鉆兩個(gè)沉孔保證連接穩(wěn)定，中間18塊鋁型材兩側(cè)各打一個(gè)沉孔。沉孔上端直徑為10mm，下端直徑為7mm。兩側(cè)板與桌腿進(jìn)行連接，中間18塊鋁型材與上支撐架連接，同樣使用M6內(nèi)六角螺栓和配套螺母進(jìn)行組合連接。在實(shí)際制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用十字形螺栓裝配時(shí)，擰緊容易磨損，所以采用內(nèi)六角螺栓進(jìn)行連接，這樣使得螺栓、螺母連接配合更加緊湊，提高桌體承載能力。

圖1 分選裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三維圖

2.2 小球送料裝置設(shè)計(jì)

通過(guò)T型槽滑入鋁型材內(nèi)，一側(cè)可以調(diào)節(jié)位置，控制板與板之間的距離，另一側(cè)無(wú)法調(diào)節(jié)，起到定位作用。板材與板材之間通過(guò)螺母的旋入抵住平面，實(shí)現(xiàn)固定。儲(chǔ)物架及推送支架安裝如圖2、圖3所示。

圖2 推送裝置

圖3 儲(chǔ)物架

小球依次放進(jìn)儲(chǔ)物架，儲(chǔ)物架下方的C形鐵片傾斜放置，使小球無(wú)法自動(dòng)滾落至軌道。儲(chǔ)物架后連接一個(gè)氣缸，氣缸運(yùn)動(dòng)達(dá)到推送小球的目的。氣缸前連接的推片前端為45°傾斜，目的是當(dāng)氣缸回縮時(shí)，使小球不會(huì)因?yàn)閼T性而自動(dòng)下滑。整個(gè)過(guò)程利用PLC控制，通過(guò)氣缸上的磁性開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)控制電磁閥得失電。

2.3 軌道傳輸及檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

對(duì)小球的檢測(cè)通過(guò)電感式接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，在軌道轉(zhuǎn)彎處安裝一個(gè)感應(yīng)器，將電感式接近開(kāi)關(guān)利用螺母連接在L形支架上，固定在30mm×30mm鋁型材上，如圖4所示。當(dāng)小球被氣缸推送下來(lái)后，沿著軌道滾落至最下方，第一級(jí)軌道最下方的底板向下傾斜且另一側(cè)也傾斜，使小球最終滾落到第一級(jí)軌道的右下角位置。電感式接近開(kāi)關(guān)布置在最外側(cè)，使小球與檢測(cè)裝置接觸，進(jìn)行質(zhì)地檢測(cè)[3]。

圖4 軌道及檢測(cè)裝置安裝示意圖

2.4 材質(zhì)分選裝置設(shè)計(jì)

材料的分選裝置主要由兩部分組成，一是直接由氣缸推送非金屬小球（見(jiàn)圖5），另一個(gè)是由兩個(gè)氣缸組合而成、可前后上下移動(dòng)裝置，通過(guò)在一個(gè)氣缸桿部連接一個(gè)氣動(dòng)吸盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸取移放（見(jiàn)圖6）。L形推板打一個(gè)孔安裝在MD氣缸上，作為推動(dòng)小球從軌道滾落的推板。L型固定支架通過(guò)打兩個(gè)孔連接氣缸和吸盤(pán)。推送非金屬小球的機(jī)械裝置采用三個(gè)60mm×15mm×60mm鋁型材，通過(guò)90°連接支架進(jìn)行連接。在中間鋁型材上安裝氣缸，整體結(jié)構(gòu)通過(guò)90°連接件固定在實(shí)驗(yàn)桌上。

圖5 分選裝置（非金屬）

圖6 分選裝置（金屬）

對(duì)于質(zhì)地為金屬的小球，通過(guò)氣動(dòng)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移存放。搭建一個(gè)可使氣動(dòng)吸盤(pán)上下左右移動(dòng)的裝置，能夠準(zhǔn)確將吸盤(pán)移動(dòng)到小球上方。當(dāng)檢測(cè)到小球質(zhì)地為金屬時(shí)，由電感式接近開(kāi)關(guān)釋放信號(hào)，三桿大行程氣缸向前運(yùn)動(dòng)，使吸盤(pán)運(yùn)動(dòng)到小球上方，然后單桿氣缸向下運(yùn)動(dòng)，使吸盤(pán)貼近小球。利用真空發(fā)生器將小球吸起，再由兩個(gè)氣缸回縮，達(dá)到轉(zhuǎn)移金屬小球的目的。整個(gè)過(guò)程氣缸運(yùn)動(dòng)距離由安裝在氣缸上的磁性開(kāi)關(guān)來(lái)釋放信號(hào)，控制所對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈得失電。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于氣動(dòng)吸盤(pán)分選裝置利用工業(yè)鋁型材作為搭建結(jié)構(gòu)主要材料，分別設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ)桌體部分、小球送料裝置、軌道傳輸及檢測(cè)部分及材質(zhì)分選裝置等四個(gè)部分，利用氣動(dòng)吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材質(zhì)小球進(jìn)行分選。本課題可用于機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)方案到材料挑選、切割、裝配，這一系列的操作可以讓學(xué)生在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)理論溫故而知新，提高了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的興趣及認(rèn)同感，為今后投身機(jī)械行業(yè)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。