基于PLC的气动吸盘式工业机械手设计

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随着工业生产规模的不断扩大，生产线的自动化水平须大力提高，特别是在高温、重载、大噪声等恶劣的工作环境中，人工操作劳动强度大，易发生安全事 ”。某公司的板材生产线上，板材经熔化后压铸成形，再进行粗切割.切割后需把板材搬运到指定框架中。因工件重、形状大，所以人工搬运效率低，所需员工多，且易发生碰撞.影响板材的后续加工。所设计的工业机械手采用真空吸盘作为机械手的末端执行器，利用真空吸附方式抓取工件.可自动搬运板材阁。

1 机械手结构1.1 结构要求该机械手的作用是将粗切割后的板材(约 lOkg)从工作台上搬运到堆放架内，要求叠放有序，不能碰撞。

结构上要求能实现 X、Y、Z三个方向的移动，且 Z轴能旋转，结合实际生产线情况，机械手要达到以下要求31：(1)分升降机构、横移机构、抓放机构三个机构；(2)升降机构设计：直线升降，采用滚珠丝杠传动，用直线光杆导向。上下升降速度最快 50mm/s，升降行程范围0-1 800mm，最大承载力 1 O00N；基金项目：201 1年院级教科研项目NZllO12收稿Et期：2012-10-24作者简介：张海英(1978-)，女 ，浙江诸暨人，讲师，硕士 ，主要从事机器人、数控技术方面的研究。

74(3)横移机构设计 ：X、Y两个方向横移，采用滚珠丝杠和同步带传动，移动速度最大 50mm/s，移动行程范围0～3 500ram，最大承载力 1 000N；(4)抓放机构设计 ：采用气动方式进行工件的抓放，总最大吸附力 250N。

1.2 总体结构该工业机械手由支架、手臂和手爪组成.4个 自由度分别为：X、Y、Z三个方向的移动和Z轴旋转，图 l为设计的机械手总体结构图。总体设计思想为：X、Y、z三个方向采用伺服电机驱动，通过丝杠、同步带、轮系等机械机构进行间接传动，末端执行器为气动吸盘手爪，可通过改变吸盘位置实现不同形状工件的抓放。

图 1 机械手示意图1.3 传动过程以把工件从位置 1搬运到位置 2为例，机械手从原点位置开始，X轴伺服电机运转带动装在输出轴上的同步带-起旋转，经同步带传动带动与x轴平行的轴Hvdraulics Pneumatics& Seals/No.O3.2013旋转.从而驱动机械手工作平台在 X轴方向移动，紧接着Y轴伺服电机运转带动机械手平台在 Y轴方向移动。然后 Z轴伺服电机运转带动手爪下移从位置 1抓取工件；手爪上升沿 X方向后退，Y轴伺服电机运转带动机械手平台在 Y轴方向移动到达位置 2上方，Z轴伺服电机运转带动手爪下移放工件 。

表 1 机械 手参数项目 规格结构自由度驱动方式位置检查方式X方向移动范围 (mn1)Y方向移动范围 (咖)Z方向移动范围 (mm)最大移动速度 (mm/s)可搬运最重工件 (N)直角坐标式4伺服驱动编码器、限位开关O～ 3 500O～ 3 5000～ 1 800502502 吸附装置设计2.1 真空吸盘原理如图2所示 ，首先将真空吸盘通过接管与真空设备(如真空发生器等)接通，然后与待提升物如玻璃、纸张等接触，起动真空设备抽吸，使吸盘内产生负气压 ，从而将待提升物吸牢，即可开始搬送待提升物。当待提升物搬送到目的地时，平稳地充气进真空吸盘内，使真空吸盘内由负气压变成零气压或稍为正的气压，真空吸盘就脱离待提升物，从而完成了提升搬送重物的任务[5J。

至图2 吸盘工作原理 图2.2 吸盘直径计算被搬运物体的重量决定吸盘的大型数量，根据生产线作业要求，吸盘工作时为水平吊状态，吸盘直径参数的计算公式如下嘲：D≥、/ 盟 (I) V式中 D--吸盘的理论直径.mm；m--需吸工件质量，kg；f--安全系数(水平吊 ≥4，垂直吊f≥8)；p--吸盘内的真空度，MPa；n--吸盘数量。

生产线上需搬运工件的重约 100N，吸盘工作时为水平吊，取4，真空度P取0.06MPa，如单个吸盘吸附n取 1，代人式(1)中计算，得：D≥ 92.16mm因为实际可选择的直径尺寸范围在 50ram以内，考虑实际工件的形状 ，在满足需要的条件下，吸盘尺寸应旧8r4，，所以增加吸盘数量 /1，，取 n16，代入式(1)中计算，得：D ≥23.04mm结合吸盘直径标准取值表，取 D25mm。

2.3 吸盘提升力计算根据吸盘提升力的计算公式：缶 s 3 (2)式中 --吸盘提升力，N；安全系数(在此取 为 1)；S-- 吸盘面积 。om2。

以 规 格 为 D10mm、16mm、20mm、25ram、32mm、40mm、50mm为例 ，根据公式 (2)分别计算 出它们在- 400mmHg、-500mmHg和-600mmHg真空度下的提升力，计算结果如表 2所示。

表 2 吸盘水平提升力 (N)实际使用时，[ (3)式中 为许用提升力 ，根据经验值，安全系数-般取 2.5，现在取 D25mm的吸盘进行许用提升力的检验计算 ，在真空度比较低的情况下(-400mmHg)，将表 l中的数值 26.7N代入式(3)，计算得[ l0.68N。机械手共 l6个吸盘，总许用提升力为 170.88N>100N，由此可得，在保证安全的情况下，设计计算所得数据能确保提升待搬运工件。

75液压 气动 与密/2013年第 03期往复式油气混输泵组合阀滞后角的研究陈锡栋，张生昌，邓鸿英，柯愈龙(浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014)摘 要：针对实际组合阀的结构特点，结合相关工作参数，推导出了往复式油气混输泵组合阀滞后角的计算公式.得到了不同气液 比下组合阀的滞后角。采用 FLUENT软件中的VOF多相流模型及动态分层动网格模型，结合 UDF将运动边界定义为活塞运动。对 6组不同气液比下的组合阀滞后角进行了数值模拟，与理论计算结果比较，相当吻合♂果表明，往复泵输送油气两相介质时组合阀滞后角远远大于介质为纯液态的工况；随着介质气液比的增大，组合阀的滞后角不断增大。该研究可为往复式油气混输泵阀的设计计算提供-定的理论基础 。

关键词：往复式油气混输泵 ；组合阀；气液比；滞后角中图分类号：TH137.5：TH321 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2013)03-0076埘 Research on Combination Valve Lag Angle forReciprocating Oil--gas Multiphase PumpCHEN Xi-dong，ZHANG Sheng-chang，DENG Hong-ying，KE Yu-long(College of Mechanical Engineering Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China)Abstract： According to the practical structure and related working parameters of combined valve， the calculation formula of lag angle ofreciprocating oil-gas muhiphase pump combined valve was deduced. The lag angle for comb ined valve under diferent gas-liquid ratiowas obtained.The VOF multi-phase liquid model and moveable mesh model were employed， the moving boundary was defined aspiston motion by UDF， and the numerical calculation of lag angle under six diferent gas-liquid ratios Was caried out. Furthermore，the results of theoretical calculation and numerical simulation are measured. The results show that the lag an e of combined valve is verybig when the medium is gas-liquid two-phase flow，which is far bigger than the medium is pure liquid.Along with the increase of gas-liquid ratio， the delay angle of combined valve increase.The study results can provide a theo basis for design of reciprocating oil-gasmultiphase pump valve。

Key words：reciprocating oil-gas muhiphase pump； combination valve； gas-liquid ratio； lag angleO 引言油气混输是近几年迅速发展的-种先进油田开采收稿日期：2012-10-23作者简介：陈锡栋(1987-)，男，浙江宁波人，硕士研究生，主要从事流体机械的教学与科研工作。

工艺 ，已在石油开采中得到应用。然而油气属多相介质，混输极为困难，是国际原油开采业面临的-项重大难题[1-2]。往复式油气混输泵是油气混输增压的关键设备之-。

进出口阀是往复式油气混输泵最关键的水力元件，3 结束语通过对工业机械手本体机构的关键零部件进行设计计算，并将该气动吸盘式工业机械手在实际生产线上进行调试运行后7J。证实机械手能对工件进行 自动抓放动作，且在抓放过程中不发生碰撞 ，实践证明使用该机械手后，企业现场工作人员数量降低了 50%，在降低了劳动力成本的同时提高了生产率。