真空吸盘在自动化设备中的简单应用及选型

真空吸盘在自动化设备中的简单应用及选型

吴帅韩文斌

沈阳明匠智能科技研发有限公司辽宁沈阳110000

摘要：随着工业自动化的普及，真空设备在拾取、传送等领域被广泛使用。本文是笔者结合自身工作中所遇到的实例，向大家分享一下如何选择真空吸盘及真空发生器。

关键词：真空吸盘真空发生器流量

真空设备属于气动元件，因此，一套完整的真空设备也需要包括气源、空气处理元件（空气过滤器、气动三联件等）、气动控制元件（压力控制阀等、电磁阀等）、气动辅助元件（消音器、气管接头等）以及真空系统（真空产生设备、真空发生器、真空过滤器等）。

下面笔者结合某厂的一台上料设备中所应用到的真空元件选型过程，向大家介绍一下在日常中遇到真空元件改如何计算选型。

某厂的一台上料设备长2100mm、宽800mm、高1200mm，物料为长1500-3000mm、宽12-50mm、厚4-40mm的木板，木板密度为1.2g/cm3。那么，通过公式质量=密度×体积得出：长度为3000mm宽度为50mm厚度为40mm的木板的质量为7.2kg。

知道了物料的质量，下面我们开始选择真空吸盘，真空吸盘的形状有以下几种：

1.平直型：适合吸吊表面平整的物料；

2.平直带肋型：适合吸吊易变性的物料；

3.深凹型：适合吸吊表面为曲面的物料；

4.风琴型：适用于没有安装缓冲的空间或者物料吸吊面倾斜的场合。

本案例中的物料为木板，表面平整且不易变形，放置的平台足够平整、空间充足，因此选择吸盘时选择平直型即可。按照设备的设计布局，初步选定真空吸盘的数量为6个，吸吊方式为水平吸吊，由以下公式得出D≥26.4mm。因此在使用时选择的真空吸盘直径大于等于26.4mm即可满足使用要求，由于吸盘为平直型，在选择金具的时候我们就要选择带有缓冲的金具进行搭配，以避免真空吸盘在运动的过程中与物料发生碰撞导致吸盘金具变形甚至折断。

其中：D为真空吸盘直径（mm）；

W为吸吊物重力（N）；

t为安全系数。水平吊，t≥4；垂直吊t≥8；

P为真空吸盘内真空度，Mpa，选用时应在真空发生器（或真空泵）的最大真空度的63%至95%范围内选择；

n为选用真空吸盘的数量。

由于物料的规格最小为12mm宽，小于上式中得出的26.4mm，因此在实际生产中，还需要一套小规格的真空吸盘以满足生产实际的需要。我们计算当物料宽度为12mm，厚度20mm长度不变的情况下所需要的真空吸盘直径，通过上式得出D≥9.02mm，因此，生产实际中还需要一组直径大于等于9.02的真空吸盘配合使用，才能满足所有规格的物料都能够进行吸吊。

确定了真空吸盘的规格，下面需要确定真空发生器的规格，真空发生器的选型主要分为以下步骤：

1）确定响应时间

吸盘的响应时间是指从供给阀（货真空切换阀）开始，到吸盘内达到吸着工件所必须的真空度为止所需时间。

设吸盘内的压力从大气压降至真空度达63%的到达时间为T1，降至真空度达到95%的时间为T2，则

式中：V为真空发生器（或真空切换阀）至吸盘的配管容积（L）；

Q为通过真空发生器的平均吸入流量Q1和通过配管的平均吸入流量Q2中的小者（L/min）（ANR）；

对真空发生器：Q1=CQ×Qe对真空切换阀：Q1=CQ×11.1SC

Qe为真空发生器的最大吸入流量（L/min）（ANR）；

SC为真空切换阀的有效截面积（mm2）

Q2=CQ×11.1S（S为气管的有效截面积）

在本案例中的每个真空发生器都配合两个真空吸盘使用，真空发生器到真空吸盘的气管长300mm，气管内径5mm，初步选定的真空发生器Qe=95L/min，得出Q2＞Q1=47.5L/min，得T1=7msT2=21ms，通常在程序控制中，吸盘预留的响应时间为200~400ms，因此能够满足使用需求。

2）计算泄漏量

吸着透气性工件、表面粗糙的工件等，由于吸盘内从大气吸入流量qVL，吸盘内的真空度有可能达不到吸着工件所必须的真空度，顾在选定真空发生器时，必须考虑吸着工件的泄漏量。

知道吸着工件的有效截面积SL，则泄漏量qVL=11.1SL

式中qVL为工件吸着时的泄漏量（L/min）（ANR）；

SL为吸着漏气工件的有效面积（mm2）。

由真空计测得吸着工件时吸盘内的真空度，便可由真空发生器的流量特性曲线查得工件吸着时的泄漏量。

3）计算吸入流量

（1）无泄漏量qVL时，最大吸入流量

式中qVmax为最大吸入流量（L/min）（ANR）；

T为吸着响应时间，可选T1或T2。

由最大吸入流量qVmax查找真空发生器的排气特性曲线，选定真空发生器的规格。

若使用真空泵，则按照真空切换阀的有效截面积Sc（mm2）应大于或等于qVmax/11.1，来选定真空切换阀的规格。

（2）有泄漏量qVL时，按最大吸入流量

选定真空发生器的规格。

在本案例中的物料表面平整光滑，按照无泄漏计算qVmax=80L/min，因此选择最大吸入流量为100L/min的真空发生器即可满足要求。

接下来还需选择合适的真空吸盘及电磁阀就可以完成一套真空设备的选型工作，其中供给阀选择两通阀，如需吸吊的工件脱落更及时可靠，可以另外选一个两通阀做破坏阀使用，与真空发生器并联，实现反吹功能。

参考文献

[1]《现代实用气动技术》北京：机械工业出版社，2008.5.

[2]《机械设计手册》.北京：化学工业出版社，2008.3.