真空选型实例-计算

本例计算数据如下:

真空系统设计步骤

工件描述

材料: 钢板,堆叠在托盘上

表面: 光滑,平整,干燥

规格: 长度 :最大2,500 mm

宽度 :最大1,250 mm

厚度 :最大2.5 mm

重量 :约60 kg

搬运系统:龙门式移载机

压缩空气 : 8 bar

控制电压 : 24 V DC

搬运形式 : 工件水平放置,水平移动。

从托盘中吸取钢板,提起,水平移动,放

置于加工中心。

最大加速度 : X轴和Y轴 :5 m/s2

Z轴 :5 m/s2

循环周期 : 30 s

计划时间 : 吸取 :< 1 s

释放 :< 1 s

计算工件的重量


计算被抓取的工件的重量是所有计算的基础。我们可以通过下面的公式来计算:


m = L x B x H x ρ

m = 重量[kg]

L = 长度[m]

B = 宽度[m]

H = 高度[m]

ρ = 密度[kg/m3]

示例:

m = 2.5 m x 1.25 m x 0.0025 m x 7,850 kg/m³

m = 61.33 kg

确定吸盘所需的理论吸力


计算吸力需要用到上面计算出的工件重量,除此之外,真空

吸盘还要承受由加速度产生的力。

对于表面平整的气密性工件,安全系数的最小值是1.5;对于

表面不均匀或透气性工件以及表面粗糙的工件,安全系数必

须大于或等于 2.0。如果加速度和摩擦系数未知或不能准确确

定,其安全系数也必须大于或等于 2.0。

负载情况 I – 真空吸盘水平放置,受垂直负载力

工件 (以尺寸为2.5 x 1.25 m的钢板为例) 从托盘上被吸取,并以

5 m/s²的加速度被提升 (无横向运动)。


真空吸盘水平放置,工件被垂直提升。

FTH = m x (g + a) x S

FTH = 理论吸力[N]

m = 重量[kg]

g = 重力加速度[9.81 m/s2]

a = 系统加速度[m/s2]

S = 安全系数(最小值1.5,对于不均匀或透气材料以及

粗糙表面的工件,系数可取2.0,甚至更高)

示例:

FTH = 61.33 kg x (9.81 m/s² + 5 m/s²) x 1.5

FTH = 1,363 N


负载情况II — 真空吸盘水平放置,同时受水平和垂直负载力

工件(以尺寸为 2.5 x 1.25 m 的钢板为例)从托盘上被提升,并被

水平搬运。

加速度为 5 m/s²。

FTH = m x (g + a / μ) x S

FTH = 理论吸力[N]

Fa = 加速度产生的力 = m · a

m = 重量[kg]

g = 重力加速度[9.81 m/s2]

a = 系统加速度 [m/s2] (包括“急停”情况!)

μ = 摩擦系数

= 0.1油性表面

= 0.2~0.3潮湿表面

= 0.5木材、金属、玻璃、石材表面

= 0.6粗糙表面

S = 安全系数 (最小值1.5,对于不均匀或透气材料以及

粗糙表面的工件,系数可取2,甚至更高)

示例:

FTH = 61.33 kg x (9.81 m/s² + 5 m/s2 / 0.5) x 1.5

FTH = 1,822 N

负载情况 III — 真空吸盘垂直放置,受垂直负载力

负载情况描述:工件 (以尺寸为2.5 x 1.25 m的钢板为例) 从托盘

上被提升,并以5 m/s² 的加速度被旋转。

FTH = (m /μ) x (g + a) x S

FTH = 理论吸力[N]

m = 重量[kg]

g = 重力加速度[9.81 m/s2]

a = 系统加速度 [m/s2] (包括“急停”情况)

μ = 摩擦系数

= 0.1油性表面

= 0.2~0.3潮湿表面

= 0.5木材、金属、玻璃、石材表面

= 0.6粗糙表面

S = 安全系数 (最小值2,对于不均匀或透气材料以及粗

糙表面的工件,系数可取4,甚至更高)

示例:

FTH = (61.33 kg / 0.5) x (9.81 m/s2 + 5 m/s2) x 2

FTH = 3,633 N


比较:

依据前文中我们给定的搬运形式“工件从托盘上被提升,经

水平移动后,放置于加工中心上”,很显然,仅将工件提

升的负载情况I和需要将工件旋转的负载情况III均不符合此应

用,只有负载情况II完全符合给定的工况要求。

在此例中,计算得出的水平搬运工件的最大理论吸力(FTH)为

1822 N。该理论吸持力为吸盘横向搬运工件所需的吸持力,可

使用该结果作为选择系统部件的依据。


真空吸盘的选择



计算得到的理论吸力相当于吸盘在安全搬运工件时所需要的

吸力。

在本例中,我们采用:

由NBR材质制成的扁平吸盘PFYN系列

这一系列的真空吸盘,搬运光滑平整的工件最为理想,且经

济成本较低。

在选型时,计算得到的理论吸力可以施加于一个吸盘或分配

给多个吸盘。

对于中等尺寸(2500 x 1250 mm)的薄钢板而言,我们一般选用

6~8个吸盘。选择吸盘数量最重要的依据就是在搬运

过程中薄钢板的弯曲程度。

计算单个吸盘所产生的吸力FS [N]

FS = FTH / n

FS = 吸力

FTH = 理论吸力

n = 吸盘数量


示例: FS = 1,822 N / 6

FS = 304 N

参照真空吸盘PFYN的技术参数,可选择6个PFYN 95 NBR 吸盘,

每个吸盘的直径为95 mm,吸力为350N。

FS = 1,822 N/8

FS = 228 N

参照真空吸盘 PFYN 的技术参数,可选择8个PFYN 80 NBR吸盘,

每个吸盘的的直径为80 mm,吸力为260 N。

在本例中,我们采用:

6个PFYN-95-NBR吸盘

对于厚度为2.5 mm的薄钢板来说, 6个吸盘已经足以确保安全

搬运,且成本也相对较低。

要点:

• 每个吸盘的实际吸力必须大于计算值。


安装部件的选择


在本例中,我们采用:

挠性接头FLK-G1/4-IG-G1/4-AG

(安装连接:G1/4内螺纹)

倾斜表面工件的最佳选择。

弹簧缓冲支杆FSTE-G1/4-AG-75

(连接至吸盘:G1/4外螺纹,缓冲行程75 mm)

选用最大的可能行程来补偿钢板的下垂的高度,选用1/4"螺纹

来连接挠性接头FLK。


真空软管的选择




真空软管的内径尺寸必须与所使用的真空吸盘尺寸及对应的

流量大小相匹配。在“真空吸盘”和“真空发生器”章节

中,相应的技术参数表格里对每种吸盘和真空发生器均推荐

了使用的软管直径。

在本例中,我们采用:内径为6 mm的VSL 8/6真空软管


真空分流器的选择


VSL 8/6,外径8 mm,内径6 mm。用于连接6个真空吸盘。

在本例中,我们采用:

分流器VTR-G3/8-IG-9xG1/4带1个输入口 (G3/8"连接头)和9个输

出口 (G1/4"连接头)。


真空发生装置的选择


在本例中,我们采用:

真空发生器作为真空产生装置。

因为在此工况中,工件是不透气的,您可以选择一个体较

小,重量轻的真空发生装置,同时实现短时间吸取和释放工

件。

真空产生装置的抽吸能力

真空产生装置的抽吸速率取决于所选用的吸盘的直径,真空

吸盘的直径越大,真空产生装置所需的抽吸速率也就越高。

根据我们的经验和真空系统设计时所测得的数据,我们建议

您参照下表,根据选用的真空吸盘直径来选择相应的真空产

生装置:

不同吸盘直径下的抽吸速率

不同吸盘直径下的抽吸速率
吸盘直径Ø抽吸速率VS抽吸速率VS
至60 mm0.5 m3/h8.3 l/min
至120 mm1 m3/h16.66 l/min
至215 mm 2 m3/h33.3 l/min
至450 mm 4 m3/h66.6 l/min



注意:

上表所列参数适用所有真空产生装置,推荐的真空抽吸速率

只针对单个吸盘,并只适用于平滑、气密性的工件表面。对

于透气性工件,我们建议在选用真空产生装置之前进行吸取

测试。


真空抽吸速率V [m3/h, l/min]计算公式

V = n x VS

n = 吸盘数量

VS = 单个吸盘所需的抽吸速率[m3/h, l/min]


示例:

V = 6 x 16.6 l/min

V = 99.6 l/min

在本例中,我们采用:

集成式真空发生器 SCPi 20,其抽吸速率为 140 l/min。

集成式真空发生器带有“吸气”和“吹气”功能的控制阀和

状态监测功能,能够确保搬运进程的安全。


文章分类: 技术文献
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