真空吸附回路設(shè)計及氣動元件選型

1、-作者xxxx-日期xxxx真空吸附回路設(shè)計及氣動元件選型【精品文檔】引言 CTP(Computer-to-plate)即脫機直接制版。CTP就是計算機直接到印版，是一種數(shù)字化印版成像過程。CTP直接制版機與照排機結(jié)構(gòu)原理相仿。起制版設(shè)備均是用計算機直接控制，用激光掃描成像，再通過顯影、定影生成直接可上機印刷的印版。計算機直接制版是采用數(shù)字化工作流程，直接將文字、圖象轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字，直接生成印版，省去了膠片這一材料、人工拼版的過程、半自動或全自動曬版工序。以前CTP供版過程大部分靠人工來完成，而且版材位置容易擺放不準確，造成版材不同程度損傷，而且也大大增加了勞工費用。為了解決這一問題，提高CTP的

2、自動化程度，我們在現(xiàn)有的CTP設(shè)備上面增加了一套外圍自動供版設(shè)備，使供版更加的安全和效率，大大的省去了勞動力。該設(shè)備主要通過真空泵進行抽氣，使抽氣端達到真空負壓，然后靠在版材附近的吸盤因真空引力來垂直吸附版材，同時排氣端對上升一定角度的版材吹氣，產(chǎn)生向上的氣流，吹落可能連帶吸起的版材或者襯紙。真空泵吸附系統(tǒng)設(shè)計一般真空吸附通過真空發(fā)生器進行吸附，如下圖所示：1-減壓閥 2-真空供應(yīng)電磁閥 3-氣控換向閥 4-真空發(fā)生器 5-真空壓力開關(guān) 6-過濾器 7-真空電磁破壞閥 8-消聲器 9-工作缸真空發(fā)生器系統(tǒng)原理圖如圖所示, 圖中的PV 為供壓口，真空供應(yīng)電磁閥2 通電后，氣控換向閥3 左端進氣，

3、壓縮空氣通過氣控換向閥3 和真空發(fā)生器4 噴射，使真空吸取口產(chǎn)生負壓吸住工件。當吸穩(wěn)工件，真空度達到真空壓力開關(guān)5 所設(shè)定的壓力時，則發(fā)出電信號，進行工作。當真空破壞電磁閥7 通電后（真空供應(yīng)電磁閥2 同時斷電），空氣經(jīng)真空破壞電磁閥7、密閉腔處進入真空吸附夾具密封腔，消除真空，釋放工件。但是由于我們要求是用真空泵來產(chǎn)生真空負壓，并需要排氣端對版材進行吹氣，所以真空發(fā)生器無法滿足要求。一般真空泵吸附物體的整個系統(tǒng)需要有過濾器，電磁閥，消聲器等氣動元件組成，為了滿足真空泵抽氣端吸氣產(chǎn)生真空負壓，排氣端吹氣產(chǎn)生正壓，設(shè)計了2套不同氣壓回路，如圖所示：圖1 圖1這套回路主要有1-噴嘴、2-氣泵、3-

4、兩位三通電磁閥、4-過濾器、5-氣源、6-減壓閥、7-壓力表、8-單向閥、9-消音器、10-兩位三通電磁閥、11-過濾器、12-吸盤組合、13-版材或者襯紙。當供版系統(tǒng)準備吸附版材時，2-真空泵和10-兩位三通電磁閥通電工作，2-真空泵進行抽氣，10-兩位三通電磁閥換向。氣體從12-吸盤進入，通過11-過濾器過濾掉外界氣體中的雜質(zhì)，防止氣體的夾帶的小顆粒物體損壞和堵塞后面的氣動元件。然后推開9-單向閥，進入到6-減壓閥，調(diào)節(jié)6-減壓閥來控制回路中氣體的壓力，從來達到調(diào)節(jié)吸盤吸附力的效果。吹氣時，3-兩位三通電磁閥通電換向，氣體由5-氣源進入經(jīng)過4-過濾器，對板材進行吹氣；而12-吸盤處將不再進

5、行抽氣，8-單向閥防止氣體回流，保持吸盤附近的回路的真空度。當供版過程完成時，10-兩位三通電磁閥通電換向，由于1-吸盤處存在真空負壓，氣體將從9-消音器進入，調(diào)節(jié)吸盤中的氣壓，從而釋放工件。為了防止泄氣產(chǎn)生噪音加裝了9-消聲器，減輕整個系統(tǒng)的噪音。該回路的優(yōu)點是可以調(diào)節(jié)流量和真空度，針對不同的吸附物體可以調(diào)節(jié)不同的吸附力，而且具有延時功能，能有效地對版材進行吹氣；缺點是由于整個回路中各種氣動元件容易產(chǎn)生泄露現(xiàn)象，回路比較復(fù)雜，系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度要求比較高。 圖2 圖2的回路是由1-消聲器、2-噴嘴組合、3-真空泵、4-三位四通電磁閥、5-氣源、6-真空泵、7-過濾器、8-精密泄壓閥、9-吸盤組合這

6、些氣動元件組成。該系統(tǒng)回路釋放和吸附的過程主要由4-三位四通電磁換位進行。4-三位四通電磁閥左端通電，3-真空泵啟動，9-吸盤吸附版材，并通過8-精密泄壓閥來調(diào)節(jié)抽氣端的負壓；排氣端氣體從2-噴嘴吹出。當整個供版過程完成時，電磁閥右端通電，抽氣端與1-消音器端連接，氣體從外界進入，打破真空罐內(nèi)的真空度，壓力減小，釋放工件。當4-三位四通電磁閥不通電時，可作為一個保壓回路，在供版過程中，負壓由6-真空罐來保持。吸附起吊能力 吸盤的吸附起吊能力受吸附版材表面的光潔程度和平整度很大的影響。如果在光潔平整的版材上面的完全吸附力可以用吸盤的吸附面積和真空度的乘積來表示。但是在實用過程中還要考慮安全系數(shù)S

7、。水平調(diào)運時，并且版材表面狀態(tài)良好，安全系數(shù)S可以選小些。移動搬運時要考慮加速度的問題，一般我們安全系數(shù)S取3左右。垂直搬運時要考慮吸盤到版材重心的之間的距離、重量等因素。查閱資料了解，計算吸盤的吸附面積時不考慮在吸附狀態(tài)下吸盤直徑要擴大5%-20%，而且真空度只能取最高值的90%。版材吸附表面比吸盤面積要大，并由足夠的空間余量。 真空起吊力的計算公式： F=VA760 W=FS=VA760×13 F-完全吸附能力(Kg) V-真空度（mm汞柱） W-真空起吊力（kg）A-吸盤吸附面積（cm²）S-安全系數(shù)（取為3） 已知氣泵的真空度為-50KPa，版材最大重量約為1Kg，

8、由于版材只在前段吸附，重心位置偏離起吊力W要大于1Kg，W取2Kg。則通過計算得： W=VA760×13 通過計算吸盤的半徑要大于0.98cm。當然，這只是計算結(jié)果，在實際吸附過程中，只要在不損壞版材的情況下，吸盤一般吸附面積越大吸附力就越大。抽氣和吸附時間的計算 查閱資料得，真空泵對密閉容器抽真空時，容器內(nèi)部真空度的提高與抽氣時間的函數(shù)關(guān)系如下： 式中：P為容器內(nèi)的壓力（即：絕對真空度）；t為自變量，是抽氣時間     K3為泵的極限真空度值，K1、K2為與泵、容器大小、環(huán)境壓力等相關(guān)的常數(shù)。 函數(shù)曲線示意圖如下： 已知真空泵絕對真空度為50

9、KPa，極限真空度一般取40KPa左右，容積取3L，流量為15L/min,計算得抽氣時間約21S左右。下面計算吸附時間，由于存在真空罐，所以原理跟真空發(fā)生器類似。設(shè)吸盤內(nèi)的壓力從大氣壓降至真空度達63%P的到達時間為T 1 , 降至真空度達95% P 的到達時間為T 2, 有 T1=60V/Q T2=3T1V為真空泵到吸盤之間的配管容積，L為真空泵到吸盤之間的配管長度，為了減少吸附時間，L應(yīng)該盡量取少一點，假設(shè)L=2m，配管內(nèi)徑為4mm。Q 是通過真空泵的平均吸入流量Q1 和通過配管的平均吸入流量Q2 中的小者, 單位為L/ min。因P1 / P極限= 0.8, 由壓力時間函數(shù)圖查得到達時間

10、T = 2T 1 , 根據(jù)機器的運行節(jié)拍要求吸盤吸著響應(yīng)時間小于等于1.0s。則有Q=60*0.025*2/1=3L/min。 所以氣泵的平均流量為3L/min。阻尼系數(shù)為0.2，但是實際上阻尼系數(shù)基本在0.8左右，所以真空泵流量15L/min偏大，可以通過節(jié)流閥進行調(diào)節(jié)。則實際吸附時間 T=2*60*0.025/0.8*15 回路吸附時間在0.25s左右，小于1秒，符合設(shè)計要求。版材質(zhì)量計算 由于氣泵吸附版材和運行過程中所受的阻力主要為版材的重力，所以我們要對版材的最大質(zhì)量進行計算。對14#版材進行計算： M(版材)=L*S*H =327120mm³ 版材的主要材料為鋁，查閱得鋁的

11、密度約為2.702g/cm³。通過計算可以得出版材的最大質(zhì)量約為0.9Kg，所以吸盤的吸附力約為9N。 由此，查閱資料氣泵可以初步選擇微型真空泵和氣體采樣泵。氣泵選型 從上面計算，我們氣泵初步選定為微型真空泵和氣體采樣泵。微型真空泵，是指在密閉容器內(nèi)具備一進一出的抽氣嘴、排氣嘴各一個，并且在進口處能夠持續(xù)形成真空或負壓；排氣嘴處形成微正壓；工作介質(zhì)主要為氣體，體積小巧的一種儀器，微型真空泵一般的最大承重質(zhì)量都在1Kg以上。而氣體采樣泵工作腔內(nèi)壓差較小，帶載能力也比較小，當抽氣端有真空（內(nèi)部壓強低于大氣壓）時，泵不能通電啟動，否則會損壞微型泵。綜上所述，氣泵選擇微型真空泵，可以滿足設(shè)計

12、要求。 微型真空泵根據(jù)不同工作要求，型號可以分為VM系列、VAA系列、PK系列、PC系列、VCA系列、VCC系列、VCH系列、PH系列、VBH系列、FM系列、FAA系列、PCF系列。下面要對氣泵的工作情況進行細分： 判斷微型真空泵抽氣端工況 由于微型真空泵抽氣端連著氣管和吸盤，并且要吸附版材，抽氣端口幾乎完全堵塞，所以抽氣端端口幾乎完全堵塞，阻力較大。 判斷微型真空泵排氣端的工況微型真空泵排氣端也有一定的要求，要將版材和紙張進行吹起，排氣端有一定的阻力，所以排氣端需要提供一定的正壓（10-100KPa）。對于這種情況，我們氣泵型號可以選擇FM系列、FAA系列、PCF系列。由于微型真空泵種類繁多

13、，而且現(xiàn)在的微型真空泵一般都是電動的，即電機和泵體集成一體，通過直流供電讓泵工作。所以可以從電機的種類分為：有刷微型真空泵、無刷微型真空泵。 有刷微型真空泵優(yōu)點：采用大力矩的有刷電機作為驅(qū)動，所以流量和負載都會比較高。缺點：有刷微型真空泵的壽命要比無刷微型真空泵的短。 無刷微型真空泵優(yōu)點：壽命較長，特別是采用高檔無刷電機的，壽命往往接近上萬小時(滿負荷下)；特別適合晝夜不停連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合，比如做長期在線采樣氣泵使用；有的甚至可以連續(xù)運轉(zhuǎn)1年以上，如果是間斷使用，甚至可能到幾年。而且還有“調(diào)速”功能，即可以采用占空比調(diào)電機的轉(zhuǎn)速(PWM調(diào)速)，從而達到間接調(diào)泵流量目的，配合相應(yīng)的控制電路，甚至可

14、以實現(xiàn)恒壓、恒流、恒速等高級應(yīng)用。缺點：負壓、正壓、流量等參數(shù)比有刷的要??；成本較有刷的要高。其次，由于版材之間有一張白紙相隔，所以選擇氣泵時最好能選用可以調(diào)節(jié)流量和負載的真空泵。所以在參數(shù)能達到的情況，應(yīng)該盡量選擇無刷微型真空泵。氣泵其他選型要求微型真空泵對介質(zhì)溫度也有要求，CTP的工作環(huán)境一般在室溫情況下，介質(zhì)為氣體，所以可以選擇普通耐溫型的微型真空泵就可以了。其次就是泵的可靠性問題，根據(jù)微型泵出故障后產(chǎn)生后果的嚴重性而定，完全根據(jù)自己的要求。優(yōu)質(zhì)品的平均無故障連續(xù)運行時間都大于1000小時，有的高到數(shù)千小時。特別注意，這項參數(shù)是在滿負荷、不間斷的運行狀態(tài)下測定的，是最惡劣的工況，如果實際

15、使用不是滿載或連續(xù)運行，該數(shù)值會高一些，高多少視泵的工況而定。另外一個問題就是抗電磁干擾問題，由于氣泵要進行機械運動，并受到電路控制，所以需要考慮選用配置無刷電機的微型泵（調(diào)速泵）。因為無刷電機調(diào)速泵基本無干擾，低干擾性能甚至比一些有刷微型真空泵的低干擾型號效果還要好。還有版材要求表面平整潔凈，所以在選真空泵時，最好選用無油型，震動小，噪音低的氣泵。氣泵選型總結(jié) 針對這個取版設(shè)備的氣泵要求，我們可以選用一套組合式的無刷微型真空調(diào)速泵來實現(xiàn)這個功能。查閱資料，可以了解中流量、中真空的PCF5015N型號微型真空泵可以達到要求。該系列特點： 1.長壽命：采用更好的原材料、設(shè)備、工藝制造泵部件，成倍

16、提高壽命；全部運動部件都使用耐久型產(chǎn)品，配合進口優(yōu)質(zhì)無刷電機，全方位提高泵壽命。2.領(lǐng)先的無刷電機技術(shù)：采用特制進口無刷電機，額外提供“PWM調(diào)速、電機反饋”等信號線，真正做到“全功能”；可通過“占空比”來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速、改變泵的輸出流量，忽快忽慢、隨心所欲；目前，即使國外知名品牌微型真空泵也無法做到這點。(PWM調(diào)速功能：可通過電路(PWM脈寬調(diào)制)直接調(diào)整泵的流量，完全不用閥門調(diào)節(jié)，簡化氣路系統(tǒng)，可滿足負載不同，“恒流”、“恒壓”等多種應(yīng)用)3.低干擾：不像有刷電機那樣會有雜波污染電源、干擾電子元件，甚至造成控制電路、液晶屏等死機；它不會對控制電路有任何干擾。4.完善的自我保護自動停機功能(

17、定做產(chǎn)品才有)：(1)過熱保護：可避免因意外情況導致泵電機溫度異常升高等故障；(2)過載保護：可避免異物落入電機，造成卡死等故障；5.允許介質(zhì)富含水汽，可晝夜不停長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，噪音低，體積小(僅1/3拳頭大)；6.抽氣口可提供負壓、排氣口可提供正壓，屬于獨特的抽氣打氣兩用泵；7.抽、排氣端都可帶大負載，甚至堵死，皆屬于正常工作；袖珍體積，無油無污染、免維護等。技術(shù)參數(shù)表如下圖：型  號電 壓負載電流流量真空度(絕對壓力)負壓(相對壓力)最大正壓(相對壓力)特殊功能(V DC)(A)(L/min)(KPa)(KPa)(KPa)自我保護PCF5015N121550-5010024 對比：

18、標準大氣壓10100其他參數(shù)：1. 抽、排氣嘴尺寸(mm)：ø6(內(nèi)孔)×ø8(外徑)  接口形狀：直插式(抽氣嘴)，防滑凸起式(排氣嘴)； 2.建議接管(mm)：ø6×ø10硅膠管；3.紅色防塵帽蓋得是抽氣嘴(IN)，黑色防塵帽蓋得是排氣嘴(OUT)。說明1.選型特別注意：泵的抽氣口、排氣口均可帶大負載，甚至完全堵塞，均屬正常工作。2.所有規(guī)格均使用直流電源；訂購時請一定標明工作電壓，例如，PCF5015N-24V。請優(yōu)先選用24V電壓的產(chǎn)品，這更有利于泵長時間工作。3.低電磁干擾型：如果系統(tǒng)配有精密電路(如單片機)控制微

19、型泵的運行，請選用低電磁干擾型產(chǎn)品。以上所有規(guī)格均可制成低電磁干擾型產(chǎn)品，訂貨時需要特別說明。4.真空度值越小抽吸能力越強，詳見微型真空泵常識5.如無特別說明，在標準大氣壓下的峰值流量我們?nèi)亢喎Q流量。使用注意環(huán)境溫度： 0 40 ，泵不宜在室外日曬，應(yīng)在清潔環(huán)境中工作。 環(huán)境相對濕度：75% 。泵所抽取的氣體必須無腐蝕、不含顆粒、油分，但允許富含水汽；介質(zhì)溫度必須控制在 0 50 之間；3.不得讓固體異物進入泵內(nèi)。 外形和尺寸：其他氣動元件選型一般原則其他元件的選型原則一般都按照國家標準來選定，管道接口內(nèi)徑選擇為8mm。在氣動元件選擇上面，由于存在真空度，所以要選擇密封性好及流量損失小和對回

20、路功能影響小的型號。對于一些特制及存在安全隱患的要進行周期保養(yǎng)及維護，回路接口之間要添加生料帶，加強接口之間的密封性。以下選型均通過網(wǎng)絡(luò)資料，可能存在一定的偏差，最好一些元件要經(jīng)過試驗到達工作要求為準。吸盤選型由于該供版設(shè)備吸附的主要為類似版材和紙張的物體，且吸附面積在510mm*400mm到1130mm*940mm，吸附位置在版材的一端，吸附的最大起吊力為2Kg左右，吸盤半徑經(jīng)過計算要大于0.98cm。針對這些要求，通過查閱得平直型的真空吸盤PATKM-25A-N可以滿足要求。其中PATKM表示附固定式金屬基座和快速接頭，接管部分有彈簧緩沖機構(gòu)，吸盤唇部厚度非常?。?mm以下），而且地面平坦不易起皺，適合吸附紙張或者薄板材料；25A表示吸盤的直徑25mm；N代表吸盤材質(zhì)，N代表丁晴橡膠。如圖所示： 電磁閥選型回路中2個都是兩位三通氣控電磁閥，都為常開系列，型號選擇為VT系列真空使用類型。附圖：已知排氣端正壓為100KPa，負壓為50KPa，3A型電磁閥使用壓力范圍0-1.0MPa，滿足設(shè)計要求。單向閥的型號選擇首先選擇單向閥，單向閥