一種工業機械手的氣動回路分析

李香利

（許昌技術經濟學校，河南許昌461500）

0 引言

氣動技術（Pneumatics）是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現各種生產控制、自動控制的重要手段之一[1]。隨著現代氣動技術和計算機技術的發展，氣動技術因其節能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單及防火、防爆、抗電磁干擾、抗輻射等優點[2-3]，在機電一體化裝置中的應用越來越普遍和廣泛，其中氣動機械手在功能實現中的調速問題是一個重點和難點。

筆者在教學和實際應用過程中發現，很多學生對氣動機械手中的氣動調速這一部分知識不能很好地應用，因此，本文旨在對氣動回路中機械手的調速問題作一統籌分析。

1 氣動機械手結構及動作分析

機械手是自動生產設備和生產線上的重要裝置之一[4]，本案氣動機械手用于生產流水線上一種物料分揀裝置中，如圖1所示。雙作用氣缸A、B、C通過三個兩位五通電磁閥來控制其伸出和縮回，整個氣動回路有一個總氣動開關閥——兩位三通電磁閥。整個氣動回路要實現如下功能要求：當傳感器a感應到物料為白色時，氣缸A實現縮回動作，使白色物料分揀到物料倉1中；如果物料為非白色，則繼續在傳送帶上往后輸送，當傳感器b感應到輸送的物料為黑色時，氣缸B動作并進行縮回，使物料被分揀到物料倉2中；除卻黑、白色的物料繼續隨著傳送帶向后輸送，傳感器c感應到物料后，氣缸C動作，把其他物料分揀到物料倉3中。在整個物料分揀過程中，雙作用氣缸的初始狀態為伸出，當傳感器感應到相應的物料后，要求氣缸迅速縮回以實現該種物料的分揀，然后氣缸伸出并恢復至初始狀態，并且縮回速度比伸出速度快。

圖1 物料分揀裝置

2 氣動回路調速問題介紹

在上述物料分揀過程中，氣缸的調速問題是整個功能實現中最難控制的一個環節，在教學實踐中，學生在畫氣動回路和進行操作調試時，有兩個問題不容易理解：（1）什么是進氣節流，什么是排氣節流？（2）調速是如何實現的，如何控制氣缸的伸出和縮回速度？

談起節流，不得不說到單向節流閥，單向節流閥是一種控制氣路中氣流大小的閥，由節流閥和單向閥兩個部分組成，如圖2所示，左側為節流閥，右側為單向閥。節流閥作用是調節氣路中氣流量的大小。單向閥顧名思義就是起到使氣流單向流通的作用，如圖2中，氣體從A向B流動時，單向閥是不通的，因此此時可以通過調節左側節流閥來控制氣體流量的大小；而當氣體從B流向A時，單向閥不能起到單向的作用，此時不能通過節流閥來調節氣體的流量大小。

圖2 單向節流閥示意圖

2.1 進氣節流及調速問題

單向節流閥接在雙作用氣缸的工作口處，當氣體從氣源流向氣缸時單向閥起作用的話，就說是進氣節流，如圖3（a）所示，氣體從氣源出來，經過兩位五通電磁閥來控制雙作用氣缸的伸出與縮回。當電磁閥工作口2向氣缸有桿腔輸入氣體時，單向節流閥N中的單向閥不通（起到了單向的作用），氣體只能通過節流閥進入有桿腔，從而使氣缸縮回；當兩位五通電磁閥切換到左側腔，氣體輸入到無桿腔中，此時單向節流閥M中的單向閥不通，氣體從節流閥進入無桿腔，使氣缸伸出。

這種情況下，可以通過調節節流閥的松緊來控制流經節流閥氣流量的大小，從而起到對氣缸伸縮的調速作用。

由于氣體從節流閥進入氣缸時，單向節流閥起到了調速節流的作用，因此說這種節流方式為進氣節流。

2.2 排氣節流及調速問題

同樣地，如圖3（b）所示，氣體由氣源流向氣缸時，單向閥是一直都暢通的，因此氣體在流經單向節流閥時，會直接途徑單向閥流入氣缸，導致節流閥不起作用；但是當氣體從氣缸的有桿腔和無桿腔中排出時，單向閥不通，這時氣體只能從節流閥處排出，就可以通過調節節流閥的松緊來控制氣流量的大小，從而調節氣缸伸縮的速度。

由于氣體從氣缸排出時，單向節流閥起到了調速節流的作用，因此說這種節流方式為排氣節流。

3 難點突破

進氣節流和排氣節流是氣動回路調速問題的關鍵和難點，通過上述分析總結如下：在進氣狀態下可以通過調節節流閥來控制氣流量大小的節流方式為進氣節流，而在排氣狀態下通過調節節流閥可以控制氣流量大小的節流方式為排氣節流。只有進氣節流和排氣節流弄清楚了，才能更加清晰準確地來掌握氣動回路的調速問題。

圖3 進氣節流與排氣節流

4 結語

氣動機械手在工業中的應用十分廣泛，進氣節流和排氣節流是其兩種調速方式，這兩方面是實踐過程中的重點和難點。本文對氣缸的調速問題及進氣節流、排氣節流進行了系統分析，能讓學生在學習過程中有一個清晰的認知。

[1]SMC（中國）有限公司.現代實用氣動技術[M].2版.北京：機械工業出版社，2004.

[2]周洪.氣動技術的新發展[J].液壓氣動與密封，1999（5）：2-12.

[3]陳啟復.氣動技術現狀與展望[J].液壓氣動與密封，1992（1）：12-18.

[4]馬振福.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：機械工業出版社，2015.