李 芸

（淮阴工学院 机械与材料工程学院，淮安 223003）

1 研究背景

在现代自动化机械工业中，为减少人工劳动力，提高物料分选效率，降低企业生产成本，自动分选装置应用已越来越广泛[1]。自动分选装置通过自动化生产线，能够连续大批量地分选物料，且分选装置不受环境、时间、人的状态等因素限制，可长时间连续工作，效率非常高。本文利用多功能组合式气动分选装置提供的元件，设计组装了一种基于气动吸盘的分选装置，该气动分选装置的设计和制造可为高校实验教学和课程设计提供参考，方便学生进一步了解和运用气压传动与PLC可编程控制器。本装置设计为实验室开放型实验课题，可供机械设计制造及其自动化、机械电子工程等专业学生开展创新实验训练，提高动手操作能力。

2 分选装置机械结构设计

经过市场调查及对经济成本的考虑，本文分选装置结构采用工业铝型材作为主要搭建材料。铝型材主要具有以下特点：第一，外形美观大方，型号多样，质量轻、方便堆放；第二，铝型材的钻孔、切割、加工等符合实验室机器和刀具要求；第三，硬度大，搭建过程中可以承受较高承载力；第四，规格统一且前后左右自带多个T型槽，方便安装和零件拆卸。

铝型材上述特点充分满足分选装置选材要求，为保证材料间的配合以及材料与元器件之间的配合，方便互换再次利用，在机械结构搭建过程中以300mm的倍数切割铝型材。

2.1 桌体结构设计

分选装置桌体设计尺寸为长1200mm×600mm×615mm（包含桌面面板的厚度），如图1所示。为提高桌体稳定性，应在桌体四周安装支撑架。由于30mm×30mm铝型材不足以支撑起整个分选装置桌面，因此，此处选用60mm×30mm 6T形槽铝型材。在桌腿四周安装30mm×30mm铝型材作为支撑架，桌腿与支撑件全部按90°连接，使受力均匀保证足够的支撑强度。通过实际操作和检验，该搭配使用的桌体稳定性较高，且达到最大材料节省[2]。

桌面主要采用20块60mm×15mm×600mm铝型材，通过在铝型材上板钻沉孔，利用M6的内六角螺栓和螺母组合进行连接。其中，桌体铝型材两边钻两个沉孔保证连接稳定，中间18块铝型材两侧各打一个沉孔。沉孔上端直径为10mm，下端直径为7mm。两侧板与桌腿进行连接，中间18块铝型材与上支撑架连接，同样使用M6内六角螺栓和配套螺母进行组合连接。在实际制造过程中发现，采用十字形螺栓装配时，拧紧容易磨损，所以采用内六角螺栓进行连接，这样使得螺栓、螺母连接配合更加紧凑，提高桌体承载能力。

图1 分选装置整体结构设计三维图

2.2 小球送料装置设计

通过T型槽滑入铝型材内，一侧可以调节位置，控制板与板之间的距离，另一侧无法调节，起到定位作用。板材与板材之间通过螺母的旋入抵住平面，实现固定。储物架及推送支架安装如图2、图3所示。

图2 推送装置

图3 储物架

小球依次放进储物架，储物架下方的C形铁片倾斜放置，使小球无法自动滚落至轨道。储物架后连接一个气缸，气缸运动达到推送小球的目的。气缸前连接的推片前端为45°倾斜，目的是当气缸回缩时，使小球不会因为惯性而自动下滑。整个过程利用PLC控制，通过气缸上的磁性开关输入信号控制电磁阀得失电。

2.3 轨道传输及检测装置设计

对小球的检测通过电感式接近开关实现，在轨道转弯处安装一个感应器，将电感式接近开关利用螺母连接在L形支架上，固定在30mm×30mm铝型材上，如图4所示。当小球被气缸推送下来后，沿着轨道滚落至最下方，第一级轨道最下方的底板向下倾斜且另一侧也倾斜，使小球最终滚落到第一级轨道的右下角位置。电感式接近开关布置在最外侧，使小球与检测装置接触，进行质地检测[3]。

图4 轨道及检测装置安装示意图

2.4 材质分选装置设计

材料的分选装置主要由两部分组成，一是直接由气缸推送非金属小球（见图5），另一个是由两个气缸组合而成、可前后上下移动装置，通过在一个气缸杆部连接一个气动吸盘来实现吸取移放（见图6）。L形推板打一个孔安装在MD气缸上，作为推动小球从轨道滚落的推板。L型固定支架通过打两个孔连接气缸和吸盘。推送非金属小球的机械装置采用三个60mm×15mm×60mm铝型材，通过90°连接支架进行连接。在中间铝型材上安装气缸，整体结构通过90°连接件固定在实验桌上。

图5 分选装置（非金属）

图6 分选装置（金属）

对于质地为金属的小球，通过气动吸盘实现转移存放。搭建一个可使气动吸盘上下左右移动的装置，能够准确将吸盘移动到小球上方。当检测到小球质地为金属时，由电感式接近开关释放信号，三杆大行程气缸向前运动，使吸盘运动到小球上方，然后单杆气缸向下运动，使吸盘贴近小球。利用真空发生器将小球吸起，再由两个气缸回缩，达到转移金属小球的目的。整个过程气缸运动距离由安装在气缸上的磁性开关来释放信号，控制所对应的电磁阀线圈得失电。

3 结语

本文基于气动吸盘分选装置利用工业铝型材作为搭建结构主要材料，分别设计制作基础桌体部分、小球送料装置、轨道传输及检测部分及材质分选装置等四个部分，利用气动吸盘实现对不同材质小球进行分选。本课题可用于机械类专业实验室开放课题实验，从实验方案到材料挑选、切割、装配，这一系列的操作可以让学生在实践中对所学理论温故而知新，提高了学生对专业的兴趣及认同感，为今后投身机械行业打下扎实基础。