一种工业机械手的气动回路分析

李香利

（许昌技术经济学校，河南许昌461500）

0 引言

气动技术（Pneumatics）是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一[1]。随着现代气动技术和计算机技术的发展，气动技术因其节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单及防火、防爆、抗电磁干扰、抗辐射等优点[2-3]，在机电一体化装置中的应用越来越普遍和广泛，其中气动机械手在功能实现中的调速问题是一个重点和难点。

笔者在教学和实际应用过程中发现，很多学生对气动机械手中的气动调速这一部分知识不能很好地应用，因此，本文旨在对气动回路中机械手的调速问题作一统筹分析。

1 气动机械手结构及动作分析

机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一[4]，本案气动机械手用于生产流水线上一种物料分拣装置中，如图1所示。双作用气缸A、B、C通过三个两位五通电磁阀来控制其伸出和缩回，整个气动回路有一个总气动开关阀——两位三通电磁阀。整个气动回路要实现如下功能要求：当传感器a感应到物料为白色时，气缸A实现缩回动作，使白色物料分拣到物料仓1中；如果物料为非白色，则继续在传送带上往后输送，当传感器b感应到输送的物料为黑色时，气缸B动作并进行缩回，使物料被分拣到物料仓2中；除却黑、白色的物料继续随着传送带向后输送，传感器c感应到物料后，气缸C动作，把其他物料分拣到物料仓3中。在整个物料分拣过程中，双作用气缸的初始状态为伸出，当传感器感应到相应的物料后，要求气缸迅速缩回以实现该种物料的分拣，然后气缸伸出并恢复至初始状态，并且缩回速度比伸出速度快。

图1 物料分拣装置

2 气动回路调速问题介绍

在上述物料分拣过程中，气缸的调速问题是整个功能实现中最难控制的一个环节，在教学实践中，学生在画气动回路和进行操作调试时，有两个问题不容易理解：（1）什么是进气节流，什么是排气节流？（2）调速是如何实现的，如何控制气缸的伸出和缩回速度？

谈起节流，不得不说到单向节流阀，单向节流阀是一种控制气路中气流大小的阀，由节流阀和单向阀两个部分组成，如图2所示，左侧为节流阀，右侧为单向阀。节流阀作用是调节气路中气流量的大小。单向阀顾名思义就是起到使气流单向流通的作用，如图2中，气体从A向B流动时，单向阀是不通的，因此此时可以通过调节左侧节流阀来控制气体流量的大小；而当气体从B流向A时，单向阀不能起到单向的作用，此时不能通过节流阀来调节气体的流量大小。

图2 单向节流阀示意图

2.1 进气节流及调速问题

单向节流阀接在双作用气缸的工作口处，当气体从气源流向气缸时单向阀起作用的话，就说是进气节流，如图3（a）所示，气体从气源出来，经过两位五通电磁阀来控制双作用气缸的伸出与缩回。当电磁阀工作口2向气缸有杆腔输入气体时，单向节流阀N中的单向阀不通（起到了单向的作用），气体只能通过节流阀进入有杆腔，从而使气缸缩回；当两位五通电磁阀切换到左侧腔，气体输入到无杆腔中，此时单向节流阀M中的单向阀不通，气体从节流阀进入无杆腔，使气缸伸出。

这种情况下，可以通过调节节流阀的松紧来控制流经节流阀气流量的大小，从而起到对气缸伸缩的调速作用。

由于气体从节流阀进入气缸时，单向节流阀起到了调速节流的作用，因此说这种节流方式为进气节流。

2.2 排气节流及调速问题

同样地，如图3（b）所示，气体由气源流向气缸时，单向阀是一直都畅通的，因此气体在流经单向节流阀时，会直接途径单向阀流入气缸，导致节流阀不起作用；但是当气体从气缸的有杆腔和无杆腔中排出时，单向阀不通，这时气体只能从节流阀处排出，就可以通过调节节流阀的松紧来控制气流量的大小，从而调节气缸伸缩的速度。

由于气体从气缸排出时，单向节流阀起到了调速节流的作用，因此说这种节流方式为排气节流。

3 难点突破

进气节流和排气节流是气动回路调速问题的关键和难点，通过上述分析总结如下：在进气状态下可以通过调节节流阀来控制气流量大小的节流方式为进气节流，而在排气状态下通过调节节流阀可以控制气流量大小的节流方式为排气节流。只有进气节流和排气节流弄清楚了，才能更加清晰准确地来掌握气动回路的调速问题。

图3 进气节流与排气节流

4 结语

气动机械手在工业中的应用十分广泛，进气节流和排气节流是其两种调速方式，这两方面是实践过程中的重点和难点。本文对气缸的调速问题及进气节流、排气节流进行了系统分析，能让学生在学习过程中有一个清晰的认知。

[1]SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2004.

[2]周洪.气动技术的新发展[J].液压气动与密封，1999（5）：2-12.

[3]陈启复.气动技术现状与展望[J].液压气动与密封，1992（1）：12-18.

[4]马振福.液压与气压传动[M].2版.北京：机械工业出版社，2015.