對(duì)于直徑和單邊寬度較小且質(zhì)量相對(duì)較大的狹窄圓環(huán)形工件，按常規(guī)吸口設(shè)計(jì)的真空吸取器吸附力及密封性能無法滿足吸取工件的要求。本文基于真空原理，針對(duì)狹窄圓環(huán)形且質(zhì)量相對(duì)較大的工件設(shè)計(jì)了一種具有狹窄唇邊雙吸口式真空吸取器，并就該結(jié)構(gòu)真空吸取器的吸附力及密封性能進(jìn)行了檢測試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該真空吸取器具有較強(qiáng)的吸附能力和良好的密封性能，安全可靠、操作簡便，有較高的應(yīng)用價(jià)值。

　　真空起吊技術(shù)是真空技術(shù)與夾具、吊具相結(jié)合的產(chǎn)物，具有起吊方便、快捷、可靠、節(jié)省人力物力的特點(diǎn)。另外，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為真空吸附具有清潔、平穩(wěn)、可靠和不損壞所吸附工件表面的優(yōu)點(diǎn)。本文基于真空原理，針對(duì)狹窄圓環(huán)形工件設(shè)計(jì)出一種具有狹窄飛邊雙吸口真空吸取器。

1、真空吸取器工作原理

　　真空吸取器即用真空負(fù)壓來吸附工件以達(dá)到夾持和吊運(yùn)工件的目的。殼體是吸取器的成形骨架，也是受力支承件。殼體安裝密封圈的部位稱為接口，殼體接口與密封圈組成吸口。真空吸取器的吸口與工件表面接觸密封，并能形成封閉的真空腔，通過真空泵和真空閥門對(duì)吸取器抽氣時(shí)，吸取器吸口與工件表面形成的腔處于真空狀態(tài)而形成真空腔，即處于空氣的剩余壓力(即真空度)狀態(tài)。如圖1 所示：真空吸取器的外界大氣壓力(即P1)與真空腔內(nèi)的剩余壓力(即P2)形成壓力差，該壓力差作用于吸取器殼體和工件上，即為真空吸取力，也稱吸附力。如P2 <P1，工件即被吸起。吸口內(nèi)部的真空度越高，吸口與工件之間貼得越緊。

圖1 真空吸取器吸附原理

2、影響真空吸取器吸附性能的主要因素

　　真空吸取器的吸附性能受多種條件制約，主要可歸結(jié)為三點(diǎn)：(a) 密封圈的材料；(b) 吸口與被吸附工件表面的貼合程度；(c) 吸口的結(jié)構(gòu)。

　　2.1、常見密封圈的材料

　　密封圈材料是決定吸取器密封性能的關(guān)鍵因素。目前常用的密封圈材料有丁腈橡膠、硅橡膠、聚氨酯、氟橡膠等。設(shè)計(jì)密封圈時(shí)，可根據(jù)密封圈的結(jié)構(gòu)形式和受力狀態(tài)確定選用的橡膠硬度，密封圈的結(jié)構(gòu)形式和橡膠硬度可互補(bǔ)。與工件硬接觸的密封圈，如圓截面和方截面密封圈等，應(yīng)選用硬度較低的橡膠制造。與工件軟接觸的密封圈如板形和飛邊形密封圈等，可選用硬度較高的橡膠制造，即達(dá)到軟飛邊與工件接觸時(shí)容易受力變形的目的又保證與工件接觸后的密封性要求。具體材料的選擇要根據(jù)工作環(huán)境對(duì)密封圈耐油、耐水、耐磨、耐熱、耐寒等性能要求確定。

　　2.2、吸口與工件表面的貼合程度

　　吸口與被吸附工件表面的貼合程度直接影響吸口內(nèi)的真空壓力，工件表面要求平整、光滑。若工件表面很粗糙，貼合度過差，吸口內(nèi)真空度不易保持，極易出現(xiàn)泄漏，發(fā)生工件掉落的事故。

　　2.3、吸口的常見結(jié)構(gòu)

　　吸口的結(jié)構(gòu)形式對(duì)吸取器的適用性和可靠性有重要作用，甚至是吸取器能否工作的關(guān)鍵。吸口的常見結(jié)構(gòu)有單吸口和雙吸口兩種。其中單吸口又分為四種：適于吊運(yùn)平面工件的平面型；適于吊運(yùn)球面工件的球面型；適于平面、球面工件的通用型；適于微型或小型吸口的真空吸盤。雙吸口又分為二種：固定式，適于吊運(yùn)外球面或其它曲面的工件，也適于吊運(yùn)平面環(huán)形工件；可調(diào)式，適于吊運(yùn)外球面、曲面或平面的工件，兩個(gè)吸口的相對(duì)位置可以在垂直方向移動(dòng)，在水平方向可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　其中雙吸口適于吸附平面環(huán)形工件(如圖2所示)，在殼體的下部有兩個(gè)同心的半圓形截面吸口(也可為方形截面和T 形截面)，接口的截面開口尺寸小于接口的截面直徑尺寸，將密封圈裝進(jìn)后不會(huì)自行脫落。該雙吸口與環(huán)形工件的平面同時(shí)接觸密封，形成環(huán)形真空腔，從而達(dá)到吸附工件的目的。

圖2 平面雙吸口結(jié)構(gòu)

　　然而圓形截面雙吸口要求兩個(gè)圓形截面密封圈吸口同時(shí)與工件的平面接觸密封，而且圓形截面占用的空間較大，所以有一定的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)和制造要求較高，接口和密封圈都必須嚴(yán)格控制加工精度。同時(shí)也要求工件的環(huán)形面積足夠大，這樣才能產(chǎn)生足夠的有效吸附力以吸附工件。

　　因此針對(duì)環(huán)形面積較小的狹窄圓環(huán)形工件設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的加工操作簡單易行、安全可靠的高適應(yīng)性真空吸取器。

3、狹窄唇邊雙吸口真空吸取器的設(shè)計(jì)

　　由于此次被吸附的工件其圓環(huán)直徑較小(外徑<140 mm)，且吸附面的單邊寬度小于25 mm，質(zhì)量為10 kg，非常狹窄且質(zhì)量相對(duì)較大，無法按常規(guī)設(shè)計(jì)吸口，因此設(shè)計(jì)了一種具有狹窄唇邊雙吸口的真空吸取器。

　　3.1、狹窄唇邊雙吸口設(shè)計(jì)

　　該吸取器的吸口是由一個(gè)燕尾槽形截面接口和一個(gè)燕尾槽形密封圈組成(見圖3)。由于圓環(huán)形工件內(nèi)外直徑相差較小(即尺寸A 較小)，造成有效吸附面積較小，吸取工件的狹窄平面時(shí)，為使密封圈具有良好的貼合度，外露的密封圈被接口折成45°角后成飛邊外伸。密封圈軟飛邊受壓變形折成水平狀態(tài)，并與平面接觸密封，飛邊的根部又被燕尾槽的狹窄唇邊接口壓緊，形成第二道密封線，以增強(qiáng)密封的可靠性。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)增大了吸附面積，從而提高了吸取器的吸附力。同時(shí)環(huán)形燕尾槽既縮短了吸取器的吸附時(shí)間，又增加了其吸附力的均勻性。另外工件與吸口之間有密封圈飛邊的軟性接觸層，能夠保護(hù)工件表面鍍層不被破壞。該結(jié)構(gòu)吸口的幾何形狀和尺寸加工易于保證，適當(dāng)控制板形密封圈的厚度公差可達(dá)到較理想的工作狀態(tài)。

圖3 狹窄唇邊雙吸口結(jié)構(gòu)

　　3.2、密封圈設(shè)計(jì)

　　由于接口截面積較小，所以具有燕尾槽形截面的密封圈由壓板通過螺釘固定在環(huán)形燕尾槽截面接口內(nèi)，比粘接可靠。密封圈材料采用常見的硅橡膠板，降低成本的同時(shí)，軟硬適度的橡膠材料使飛邊可根據(jù)工件表面缺陷而變化，使其形狀與工件表面完成良好的貼合，達(dá)到較好的密封效果。此次設(shè)計(jì)的密封圈結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 密封圈

　　3.3、狹窄唇邊雙吸口真空吸取器的組成

　　狹窄唇邊雙吸口真空吸取器結(jié)構(gòu)如圖5 所示。將三通閥、單向閥和自封快卸插座安裝在吸取器的手提桿上，方便控制真空吸取器的真空腔實(shí)現(xiàn)工作或非工作狀態(tài)，即吸氣、放氣狀態(tài)。自封快卸插座用于連接吸取器與真空罐上閥門之間的真空軟管，以便更換不同的吸頭，適應(yīng)不同尺寸的工件。自封快卸插座由插座及插頭兩部件組成，能快速接通，快速分離。兩部件連接時(shí)要求密封可靠，確保所要求的真空性能。兩部件分離后，儲(chǔ)氣罐在抽氣的工作狀態(tài)下，接真空罐上的部份能可靠的自封儲(chǔ)氣罐，不得降低其真空度。一旦真空管道嚴(yán)重漏氣或斷裂，單向閥可自動(dòng)封閉真空閥門的抽氣口，維持吸取器真空腔內(nèi)的工作壓強(qiáng)，被吸附工件在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)脫落，避免發(fā)生事故。

4、真空吸取系統(tǒng)的試驗(yàn)方法、檢測規(guī)則及結(jié)果

　　未使用過的真空吸取器必須進(jìn)行試驗(yàn)，并檢測，試驗(yàn)及檢測結(jié)果需做記錄，試驗(yàn)合格后方可正式使用。

　　4.1、對(duì)試驗(yàn)用工件的要求

　　試驗(yàn)用工件的質(zhì)量等于允許吸重的工件質(zhì)量的1.25 倍，被吸表面的尺寸公差、形狀公差和粗糙度應(yīng)與實(shí)際需吸取的工件相近。此次試驗(yàn)用工件的質(zhì)量為12.5 kg，其余條件也符合試驗(yàn)要求。

　　4.2、試驗(yàn)方法、規(guī)則及結(jié)果

　　4.2.1、極限壓強(qiáng)試驗(yàn)

　　啟動(dòng)真空泵，打開真空閥門，吸住試件，注意真空表壓值穩(wěn)定不變時(shí)的最小壓強(qiáng)，記下該表壓值Δ p(即為極限真空表壓值)，重復(fù)試驗(yàn)5～10次，均達(dá)相同或相近結(jié)果。由于此次試驗(yàn)使用的真空計(jì)顯示的值為絕對(duì)壓強(qiáng)，則極限真空表壓值即為該真空吸取器的極限壓強(qiáng)值p1。將試驗(yàn)的極限壓強(qiáng)值與設(shè)計(jì)規(guī)定的極限壓強(qiáng)值對(duì)比，試驗(yàn)值小于或等于設(shè)計(jì)值則為合格品，反之大于設(shè)計(jì)值則為不合格品。

　　4.2.2、氣密性試驗(yàn)

　　表達(dá)吸取器在停止抽氣的極限壓強(qiáng)狀態(tài)下的密封性能，稱為氣密性。真空吸取器達(dá)到極限真空表壓值時(shí)，吸住試件，關(guān)閉真空閥門，注意真空表壓值的變化，記錄經(jīng)過5 分鐘真空表壓值的下降值，重復(fù)試驗(yàn)5～10 次。將試驗(yàn)得出的極限真空表壓值乘以25%，即為規(guī)定的真空表壓值下降數(shù)。實(shí)測的表壓值下降數(shù)小于或等于規(guī)定的下降數(shù)為合格，大于規(guī)定的下降數(shù)為不合格。

圖5 狹窄唇邊雙吸口式真空吸取器的組成

圖6 靜負(fù)荷試驗(yàn)

　　4.2.5、負(fù)荷試驗(yàn)

　　吸取器吸吊試件，在靜止和運(yùn)行狀態(tài)下，考核吸取器和吊運(yùn)能力、工作可靠性和安全性的試驗(yàn)，稱為負(fù)荷試驗(yàn)，又分為靜負(fù)荷試驗(yàn)和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)。

　　a.靜負(fù)荷試驗(yàn)

　　在極限表壓值下，吸取器吸住試件后提起吸取器，使試件底面離地面100 mm，靜吊半小時(shí)。試驗(yàn)中不許停泵、關(guān)閉真空閥門、對(duì)試件施加外力。[3]如圖6 所示。

　　b.動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)

　　吸取器吸住試件后，在極限真空表壓值下提起吸頭，使吸頭升降、水平運(yùn)行各5 次，行程1 m左右，速度不限，但吸頭主軸(即試件主軸)與垂直方向傾斜角不大于10°(也可變換角度以試驗(yàn)允許的最大角度)。如圖7 所示，吸頭主軸與垂直方向傾斜角為90°。

圖7 動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)

　　通過以上試驗(yàn)，在吸取器運(yùn)行過程中真空表壓值沒有下降，試件也沒有脫落，則說明吸取器的真空性能符合設(shè)計(jì)和使用要求；在極限真空表壓值下，靜負(fù)荷和動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)中真空表壓值沒有下降，靜吊試件3 小時(shí)無脫落，吸頭主軸(即試件主軸)與垂直方向傾斜角為90°無脫落，該吸取器的真空性能符合設(shè)計(jì)和使用要求；吸取器的各構(gòu)件不產(chǎn)生裂紋，沒有出現(xiàn)永久變形及其它影響使用性能和安全要求的缺陷，該吸取器的機(jī)械性能符合設(shè)計(jì)和使用要求。

5、結(jié)論

　　本文針對(duì)狹窄圓環(huán)形且質(zhì)量相對(duì)較大的工件設(shè)計(jì)了一種具有狹窄飛邊雙吸口式真空吸取器，并就該結(jié)構(gòu)的真空吸取器進(jìn)行了極限壓強(qiáng)試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)和負(fù)荷試驗(yàn)。通過理論及試驗(yàn)分析得出，該真空吸取器具有較強(qiáng)的吸附能力和良好的密封性能，吸頭輕便美觀，能夠方便、快捷、安全可靠地完成工件的吊運(yùn)、安裝工作。