CN116040313B - 可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，包括软体接触面、柱体、主轴以及膜板，所述软体接触面与所述柱体连接，所述主轴设置在所述柱体的内部，所述膜板套设在所述主轴上，能够在两侧压差下相对于所述主轴前后移动，所述膜板将所述柱体内部分隔为前腔与后腔，所述前腔通过主气管与外部空压机连接，以使所述前腔产生负压。本发明在执行吸附操作过程中，提供足够压缩缓冲时间的同时，能够保证吸附过程的稳定，另外可直接调整最小压缩完成时间与压缩压强变化，无需调整空压机提供的最大负压或更换配件，能同时适用于柔性生产线各种负载重量、负载脆弱性以及干湿环境等需求，有良好的实际使用便捷性、适用性。

Description

可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置

技术领域

本发明涉及气动吸附技术领域，特别涉及一种可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置。

背景技术

气动吸附装置在各种生产流水线中广泛使用。对于气动吸附装置，即气管直接所连接执行吸附操作的器件，目前最广为使用的为结合支架金具的橡胶制软体真空吸盘。在执行吸附时，软体吸盘与其前端负载接触面形成气腔，后端连接支架开口连通气管接至空压机抽气，使气腔内压强下降，气腔内外气压强差形成压力而使其迅速压缩，直至压强差达到空压机阈值，同时负载因负压而吸附在吸盘面，完成吸附操作。

然而，随着柔性化生产要求不断提高，此方法存在较多应用缺陷。一方面，软体吸盘常采用多层波纹结构以增大其垂直压缩缓冲行程，而这也容易导致压缩过程时由于软体材料的弹性造成负载晃动或不稳，使吸附稳定性下降，同时使吸盘易磨损而耐用性下降；另一方面，对于不同重量的负载，吸盘进行吸附压缩气腔时，软体吸盘受到负载向下的最大拉力不同，导致气腔压缩完成的时间不同，即吸附缓冲时间不同，对于需要严格控制流水时间的多负载柔性生产线则难以适用，且对于特殊脆弱负载如医用胶囊、食品等，在提供最大负压较大情况下，缓冲时间可能不够长而导致接触面压力突变过大而损坏负载物，此时需考虑负载重量、稳定性以及压力突变情况等调整提供最大负压或更换吸附装置，为实际便捷应用带来巨大阻碍。

故通过可调吸速变腔体适应性气动吸附装置能够较好地解决以上问题，使得在执行吸附操作时，在提供足够压缩缓冲时间的同时，保证吸附过程的稳定，同时可直接调整最小压缩完成时间与压缩压强变化，无需调整提供的最大负压或更换配件，能同时适用于柔性生产线各种负载重量、负载脆弱性以及干湿环境等需求，有良好的实际使用便捷性、适用性。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种改进的气动吸附装置，能够在提供足够压缩缓冲时间的同时，保证吸附过程的稳定，同时可直接调整最小压缩完成时间与压缩压强变化，操作便捷，适用性强。

为了达到上述目的，本发明提供了一种可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，包括软体接触面、柱体、主轴以及膜板，所述软体接触面与所述柱体连接，所述主轴设置在所述柱体的内部，所述膜板套设在所述主轴上，能够在两侧压差下相对于所述主轴前后移动，所述膜板将所述柱体内部分隔为前腔与后腔，所述前腔通过主气管与外部空压机连接，以使所述前腔产生负压。

进一步地，所述主轴的前端还设置有前挡板，所述前挡板位于所述前腔内，用于限制所述膜板向前移动的最大距离；所述主轴的后端还设置有后挡板，所述后挡板用于限制所述膜板向后移动的最大距离。

进一步地，所述膜板采用高弹力软体材料制成。

进一步地，所述柱体内还设置有与所述前挡板后端面平齐的前限位环台，以及与所述后挡板前端面平齐的后限位环台。

进一步地，所述主气管位于所述主轴的内部中心。

进一步地，所述主轴的前端设置有滤头，所述滤头开设有顶吸气口，所述滤头内设置有过滤吸附材料，所述顶吸气口穿过所述过滤吸附材料后与所述主气管连通。

进一步地，所述前挡板还设置有多个侧吸气口，所述侧吸气口与所述主气管直接连通。

进一步地，所述后腔设置有通气管，所述通气管内设置有调速阀体，所述调速阀体用于调节所述通气管的开度，所述通气管与外部空压机连接。

进一步地，所述调速阀体通过外部驱动元件实现移动控制。

进一步地，所述调速阀体包括胶囊状头部与后端连接轴，所述胶囊状头部用于控制所述通气管的开度，所述后端连接轴用于与所述外部驱动元件连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，通过刚性柱体与柔性软体接触面的整体结构，以及柱体内的模板、主轴等结构设置，使得在执行吸附操作过程中，提供足够压缩缓冲时间的同时，能够保证吸附过程的稳定，另外可直接调整最小压缩完成时间与压缩压强变化，无需调整空压机提供的最大负压或更换配件，能同时适用于柔性生产线各种负载重量、负载脆弱性以及干湿环境等需求，有良好的实际使用便捷性、适用性；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构内部示意图；

图3为本发明的过程变化图，图3（a）为负压开始产生阶段，图3（b）为缓冲阶段，图3（c）为负压吸附阶段；

图4为本发明的滤头内部结构示意图；

图5为本发明的前挡板侧吸气口示意图；

图6为本发明的通气管及调速阀体安装示意图。

【附图标记说明】

1-软体接触面；2-柱体；3-主轴；4-膜板；5-前腔；6-后腔；7-主气管；8-前挡板；9-后挡板；10-前限位环台；11-后限位环台；12-滤头；13-顶吸气口；14-过滤吸附材料；15-侧吸气口；16-通气管；17-调速阀体。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，包括软体接触面1、柱体2、主轴3以及膜板4。其中，软体接触面1（采用橡胶等软体材料）与刚性的柱体2（采用金属等刚体材料）连接，组成一体结构。软体接触面1设置为常规的吸盘状（喇叭状），用于进行负压吸附，且厚度较小。柱体2内部中心连接主轴3，且主轴3与柱体2的中心线重合。膜板4开设有中心孔并贯入主轴3，能够相对于主轴3前后滑动。同时，膜板4的外边缘恰与柱体2内壁相接并密封，从而将柱体2内部分隔为前腔5与后腔6。显然，软体接触面1组成的吸附腔与柱体2的前腔5连通。

其中，主轴3内部开设有主气管7，该主气管7用于连通主轴3前端的腔室与柱体2的后端，即连通柱体2的前腔5与柱体2后端的外部空压机，用于对软体接触面1以及前腔5抽气。

另外，主轴3的前端还设置有前挡板8，前挡板8位于柱体2的前腔5内，尺寸小于柱体2内部的尺寸，因此不会将前腔5进一步划分。其中，前挡板8用于限制膜板4向前移动的最大距离，从而能够限制前腔5的最小尺寸。相对应地，主轴3的后端设置有后挡板9，其用于限制膜板4向后移动的最大距离，从而能够限制后腔6的最小尺寸。总之，通过前挡板8与后挡板9的设置来限制膜板4的滑动范围，从而限制前腔5与后腔6的尺寸变化范围。

传统软体吸盘负压产生方式为软体材料单腔体形变压缩以缓冲压强变化并产生负压，本实施例中采用刚性双变腔体结构，软体接触面1在与负载完全接触时，即由负载接触面、柱体2内壁与膜板4前端面所围的密闭区域形成主腔体（前腔5所在位置），由膜板4后端面与柱体2内壁形成副腔体（后腔6所在位置），外部空压机连接主轴3内主气管7末端，假设空压机提供负压足够大且抽速不变，膜板4外端与柱体2内壁接触处良好润滑的情况下，考虑抽气瞬间，主腔体内原有气体被抽出，使得主腔体真空度增大而气体压强减小，外部气压（大气压）与副腔体密闭气体压强保持不变，故主腔体压强差与负载外部受到的外部气压的压强差形成向负载接触面内方向的负压力，主副腔体压强差在膜板4上形成向膜板4前端面方向的负压力，并推动膜板4向前移动。

膜板4自后挡板9移动到抵至前挡板8的过程中，主腔体压强不断减小，其体积也在不断减小，而主副腔体的总体积未变，由于柱体2刚性无形变，故装置整体在压缩缓冲的过程中能保持一致稳定。当膜板4到达前挡板8后端处，主腔体压强已减小到一定程度，此时主腔体体积不再变化，故主腔体气体压强迅速减小至空压机压强阈值，完成负压的产生与缓冲→负载的吸附过程，如图3所示；而松开负载时，主腔体压强恢复为外部气压，膜板4在气体压强平衡作用下迅速自动复位至后挡板9处。

本方案中一方面由于柱体2刚性，且软体接触面1主要起增大接触面积作用，其垂直厚度小，接触负载开始缓冲后负载已与刚性柱体2端接触，软体接触面1几乎已不再形变，软体接触面1所受到相对向下的拉力也不会导致刚性柱体2的形变，故不会导致装置整体相对负载产生明显垂直位移，能保证缓冲与吸附过程的稳定性。另一方面对于吸附不同重量的负载，由于腔体结构无形变，膜板4压缩缓冲的总行程保持一致，在外部空压机抽速相同的情况下，压缩缓冲的气体压强变化过程保持相同，故可以保证在不同负载下的相同最小缓冲时间，使得装置应用便捷、适应性强，可应用于柔性生产线中。

在本实施例中，膜板4以高弹力软体材料制作以便于装配于柱体2内组成密封腔体。考虑到膜板4为弹性软体材料，当装置工作在较大负载要求时，相对较大的负压可能导致膜板4向压强较小侧凹进形变，使膜板4端侧翘起而漏气，故本实施例中还设置有一与前挡板8后端面平齐的前限位环台10，另一与后挡板9前端面平齐的后限位环台11，当压强差较大时可限制膜板4的位移形变，保证膜板4边缘位置的结构稳定性，从而加强装置整体工作的稳定性，适应各种负载要求。

考虑到不同应用场合中，吸附负载物表面可能干湿度不同、或表面附着污物、粉尘等杂物，若直接吸附可能导致水滴或杂物直接吸进气管或空压机中，造成气管的堵塞与磨损，降低其耐用性，同时也可能造成空压机损坏，带来安全隐患，因此作为进一步改进，本实施例中主轴3的前端安装滤头12，滤头12开设有顶吸气口13，同时安装有滤网或吸水棉等过滤吸附材料14，实现过滤气体或抽湿。

同时如图4所示，滤头12的球面顶端开设有多个垂直的顶吸气口13，顶吸气口13连通滤头12内部后端的空腔，空腔内壁形成有内螺纹，可与主轴3前端的外螺纹拧紧并方便拆卸清洗。同时，主轴3的螺纹顶部还留有空间，用于放置过滤吸附材料14，使得气动吸附装置在实际吸附表面多杂物、较湿负载时，杂物难以进入主气管7而被滤网阻隔，水分经吸水棉吸收，适应各种负载与使用环境。

需要说明的是，滤头12主要起到阻挡杂物与水分过滤的作用，其顶吸气口13为小型吸气口，吸气量相对较小，对于大负载吸附时负压产生的速度可能过慢，且对于长期使用而言滤头12吸入杂物时会导致气路阻塞，影响吸气速度，造成使用的不便。同时如图5所示，本实施例中还在前挡板8的侧面开设侧吸气口15，即多个圆周均匀分布的相对较大的水平方向吸气口，均直接连通主轴3的主气管7。在装置实际工作时，前挡板8的前端面也可抵挡部分滤头12未吸附的杂物，圆周均匀分布的侧吸气口15在吸气时，主腔体的抽气气流能均匀地进入吸气通道，平稳其压强的变化，多个开口同时也能保证抽气气流的充足，使装置能适应各种负载要求。

考虑到实际使用时，如柔性生产线中各种负载重量的吸附速度，以及负载脆弱性的问题，即考虑吸附时压缩缓冲速度（时间）与吸附强度（最大压强变化量），主副腔体的压强变化配合提供了一定的压缩缓冲时间。在实际使用时，为同时适应不同的负载吸附速度、吸附强度要求，而又不牺牲装置使用便捷性，故需使压缩缓冲速度可调。

可以理解的是，通过改变压缩缓冲过程中副腔体的气体压强变化能够调节压缩缓冲速度。在本实施例中，柱体2的后腔6设置有通气管16，通气管16内嵌入调速阀体17，该调速阀体17用于调节通气管16的开度（开口大小），采用相对通气管16前后滑动的方式调节。需要说明的是，本实施例中调速阀体17的末端通过外部移位控制器或电机等外部驱动元件固定并实现移动控制（图中忽略），从而依靠外部控制信号调节通气管16的开口大小。

当通气管16连接外部空压机进行抽气时，即可同时改变副腔体内气体压强。而调速阀体17的相对移动即等效为调整副腔体抽气口的通气开度，从而改变外部空压机对副腔体的有效抽速，以调整改变副腔体的气体压强变化情况。实际工作时，相当于在上述双变腔体负压产生及缓冲过程的基础上，通过改变调速阀体17的位置调整开度，可使主腔体与副腔体中的气体同时被抽出，使过程中副腔体的气体压强更快减小，即膜板4受到的平均压强差减小，受到的推力减小，使其向前移动的速度减小，即移动到前挡板8的时间增加，使得整个压缩缓冲过程的时间更长，实现可调速缓冲。

为进一步说明功能可行性，以下给出参考证明：

设装置正常工作时，膜板4与柱体2内壁间良好润滑，任意时刻主腔体气体压强为

，主腔体气体质量为/>

，副腔体气体压强为/>

，副腔体气体质量为/>

，由普适气体定律可得气体压强公式：

其中，

为气体压强，/>

为气体密度，/>

为气体质量，/>

为普适气体常数，/>

为温度，考虑到在压缩缓冲过程中温度变化极小，气体摩尔质量变化也相对较小，故设气体常量为/>

，可得到任意时刻主副腔体气体压强为：

其中，

为主腔体的体积，/>

为副腔体的体积。

设抽气过程中外部空压机对应主腔体的有效抽速不变为

，对应副腔体的有效抽速为/>

，调整调速阀体17开度为/>

，则有/>

，任意时刻主副腔体的抽气过程可粗略等效为弹性密闭容器内气体膨胀后取出部分的过程，即自开始压缩至任意时刻t，上式可表示为：/>

其中

为主腔体原有气体质量，/>

为副腔体原有气体质量，记原气体总质量

，由于主副腔体总体积不变，则有/>

，/>

为主腔体、副腔体相加的总体积。

由于膜板4与柱体2内壁间良好润滑，其摩擦力极小可近似忽略，则任意时刻压强平衡有

，代入以上各式可解得主腔体体积与压强随时间的变化关系：

若当副腔体体积达到

时，时间为/>

，此时膜板4恰好抵至前挡板8处，再次应用平衡关系有：

可求得：

即通过调整调速阀体17的相对位置以改变其开度，即可对应调整压缩缓冲时间，实现可调速缓冲。

需要说明的是，本实施例中调速阀体17设置为胶囊状头部与后端连接轴，胶囊状头部弧形表面在通气管16有一定开度时便于气体流通，或实现平滑迅速的气流截止，同时便于相对通气管16进行前后位移；其后端连接轴便于与外部移位控制器或电机固定，如图6所示。

考虑到实际工作时，气动吸附装置的后端需与带有外螺纹的中空夹持器件等固定，形成密闭腔体，因此在调速阀体17的后端轴下方支撑处设有导通槽结构，装置吸附工作时导通槽形成的腔体中的气体可同时被抽出，形成负压利于装置整体的固定与稳定。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，包括软体接触面、柱体、主轴以及膜板，所述软体接触面与所述柱体连接，所述主轴设置在所述柱体的内部，所述膜板套设在所述主轴上，能够在两侧压差下相对于所述主轴前后移动，所述膜板将所述柱体内部分隔为前腔与后腔，所述前腔通过主气管与外部空压机连接，以使所述前腔产生负压。

2.根据权利要求1所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述主轴的前端还设置有前挡板，所述前挡板位于所述前腔内，用于限制所述膜板向前移动的最大距离；所述主轴的后端还设置有后挡板，所述后挡板用于限制所述膜板向后移动的最大距离。

3.根据权利要求2所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述膜板采用高弹力软体材料制成。

4.根据权利要求3所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述柱体内还设置有与所述前挡板后端面平齐的前限位环台，以及与所述后挡板前端面平齐的后限位环台。

5.根据权利要求2所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述主气管位于所述主轴的内部中心。

6.根据权利要求5所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述主轴的前端设置有滤头，所述滤头开设有顶吸气口，所述滤头内设置有过滤吸附材料，所述顶吸气口穿过所述过滤吸附材料后与所述主气管连通。

7.根据权利要求6所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述前挡板还设置有多个侧吸气口，所述侧吸气口与所述主气管直接连通。

8.根据权利要求1所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述后腔设置有通气管，所述通气管内设置有调速阀体，所述调速阀体用于调节所述通气管的开度，所述通气管与外部空压机连接。

9.根据权利要求8所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述调速阀体通过外部驱动元件实现移动控制。

10.根据权利要求9所述的可调吸速双变腔体适应性气动吸附装置，其特征在于，所述调速阀体包括胶囊状头部与后端连接轴，所述胶囊状头部用于控制所述通气管的开度，所述后端连接轴用于与所述外部驱动元件连接。

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