气动技术在便携锁具中的应用

杨 莉，张玉广

（河南职业技术学院，河南郑州 450046）

0 引言

气动技术是以气体或压缩气体作为工作介质的一种控制技术，具有节能、高效、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，在工业自动化行业中的应用已经十分广泛。气动真空吸附技术利用真空泵或真空发生器产生真空，由真空吸盘吸附物体，达到吊运、移动物体，组装产品的目的，尤其适合对光洁不透气的物体表面进行吸附夹紧，目前在家电生产、汽车制造、产品包装、板材输送等作业中有广泛应用。

1 便携式真空吸附锁具

气动控制的实现通常需要一台空气压缩机，多应用于场地相对固定的生产现场，对需要随身携带的小型器件鲜有应用。但近年来，随着气动元件的功能越来越灵活，体积越来越小，为气动技术在便携式设备中的使用创造了条件。

目前常用的便携式锁具以挂锁为主，这种锁具虽然方便携带，但只能在装有对锁扣或搭扣等上锁装置的平面上使用，极大制约了锁具的使用范围。利用气动元件中的微型真空泵和真空吸盘，以真空吸附的方式锁紧两个平面，可以在任意平面上吸附上锁，不需要装有对锁扣或搭扣等上锁装置，具备随处可锁的优势，极大拓宽了便携锁具的使用范围。传统锁具的开锁方式一般是机械式和密码式两种：机械钥匙式开锁，需要随身携带钥匙；密码式开锁，需要设置且记住密码。本便携锁具可以添加通讯模块，通过手机软件解锁，不需要配备钥匙或设置密码，实现随时开锁功能。

2 真空气动元件

2.1 微型真空泵

微型真空泵是具有一进一出的抽气嘴、排气嘴的小型抽真空仪器，以气体作为工作介质，在进口处能够持续形成真空或负压，不需要采用大型真空泵的润滑油和真空泵油，体积小巧、噪声小、免维护，可以连续24 h 运转，被选作本便携锁具的动力装置。

2.2 真空吸盘

真空吸盘是利用吸盘内形成负压，把工件吸住的一种非常常见的气动执行元件，在工件抓取的自动化生产线上应用广泛，常常用作机械手的吸吊机构。利用其易吸附、无污染、不损伤吸附物体表面等优点，将真空吸盘作为本锁具的锁紧端。

2.3 真空过滤器

在微型真空泵和真空吸盘之间，设置一个真空过滤器，收集大气中吸入的灰尘等污染物，防止真空系统中的元件受到污染而出现故障。

3 具体应用

制作控制、吸附一体式结构的软体锁具，锁具的主体包括真空发生装置、真空控制装置、两个真空吸盘和连接管，结构如图1 所示。在真空发生器和控制装置的内部设有微型真空泵、电磁换向阀、真空过滤器、单片机、压力传感器、控制电路板等组件，微型真空泵的抽气口连接两端真空吸盘。便携锁具的气动回路如图2 所示，微型真空泵的抽气口通过真空过滤器、电磁换向阀与真空吸盘连接，排气口连接排气阀（消声器），并通过电磁换向阀与吸盘连接。

图1 便携锁具结构

图2 气动回路

4 锁具工作过程

4.1 上锁

将真空吸盘分别放置在两个待上锁的光洁平面上，通过手机APP 向锁具内的通信模块发出上锁信号，启动微型真空泵，电磁换向阀的常态位使真空吸盘与真空泵的排气口断开，真空泵将抽出的气体通过排气阀排入大气，电磁换向阀的常态位使真空吸盘与真空泵抽气口接通，因此可在锁具内形成负压，将吸盘牢牢吸附在平面上，实现上锁功能。

4.2 保持

为了降低能耗，利用压力传感器（电控部分未显示）检测真空吸盘内的真空压力：①当真空压力达到设定上限，压力传感器发出暂停信号，微型真空泵暂停工作，同时使电磁换向阀持续通电，进入右侧工作位，吸盘与微型真空泵断开连接，保持内部真空；②当真空吸盘内的真空压力随着保持时间的延长逐渐降低，到达设定真空度下限的时，压力继电器发出重启信号，微型真空泵启动运行，同时电磁换向阀再次断电，在弹簧作用下恢复到左侧常态位，真空吸盘与真空泵的抽气口重新接通，使锁具内部真空度再次上升。如此循环往复，使锁具内部的真空度始终保持在设定范围内，保持上锁状态。

4.3 解锁

手机APP 向锁具发出开锁信号，发出一个断电信号，微型真空泵停止工作，同时使电磁换向阀通电，真空吸盘与真空泵的排气口接通，锁具内的真空压力瞬间释放，实现解锁。

5 结束语

将气动元件运用在便携锁具中，拓宽了锁具的使用范围，可以继续开发定时、报警等功能，结构简单，兼具功能性和趣味性。