真空吸附回路设计及气动元件选型

引言

CTP(Computer-to-plate)即脱机直接制版。CTP就是计算机直接到印版，是一种数字化印版成像过程。CTP直接制版机与照排机结构原理相仿。起制版设备均是用计算机直接控制，用激光扫描成像，再通过显影、定影生成直接可上机印刷的印版。计算机直接制版是采用数字化工作流程，直接将文字、图象转变为数字，直接生成印版，省去了胶片这一材料、人工拼版的过程、半自动或全自动晒版工序。以前CTP供版过程大部分靠人工来完成，而且版材位置容易摆放不准确，造成版材不同程度损伤，而且也大大增加了劳工费用。为了解决这一问题，提高CTP的自动化程度，我们在现有的CTP设备上面增加了一套外围自动供版设备，使供版更加的安全和效率，大大的省去了劳动力。该设备主要通过真空泵进行抽气，使抽气端达到真空负压，然后靠在版材附近的吸盘因真空引力来垂直吸附版材，同时排气端对上升一定角度的版材吹气，产生向上的气流，吹落可能连带吸起的版材或者衬纸。

真空泵吸附系统设计

一般真空吸附通过真空发生器进行吸附，如下图所示：

1-减压阀 2-真空供应电磁阀 3-气控换向阀 4-真空发生器 5-真空压力开关 6-过滤器 7-真空电磁破坏阀 8-消声器 9-工作缸

真空发生器系统原理图如图所示, 图中的PV 为供压口，真空供应电磁阀2 通电后，气控换向阀3 左端进气，压缩空气通过气控换向阀3 和真空发生器4 喷射，使真空吸取口Ⅰ产生负压吸住工件。当吸稳工件，真空度达到真空压力开关 5 所设定的压力时，则发出电信号，进行工作。当真空破坏电磁阀7 通电后（真空供应电磁阀2 同时断电），空气经真空破坏电磁阀7、密闭腔Ⅱ处进入真空吸附夹具密封腔，消除真空，释放工件。

但是由于我们要求是用真空泵来产生真空负压，并需要排气端对版材进行吹气，所以真空发生器无法满足要求。一般真空泵吸附物体的整个系统需要有过滤器，电磁阀，消声器等气动元件组成，为了满足真空泵抽气端吸气产生真空负压，排气端吹气产生正压，设计了2套不同气压回路，如图所示：

图1

图1这套回路主要有1-喷嘴、2-气泵、3-两位三通电磁阀、4-过滤器、5-气源、6-减压阀、7-压力表、8-单向阀、9-消音器、10-两位三通电磁阀、11-过滤器、12-吸盘组合、13-版材或者衬纸。当供版系统准备吸附版材时，2-真空泵和10-两位三通电磁阀通电工作，2-真空泵进行抽气，10-两位三通电磁阀换向。气体从12-吸盘进入，通过11-过滤器过滤掉外界气体中的杂质，防止气体的夹带的小颗粒物体损坏和堵塞后面的气动元件。然后推开9-单向阀，进入到6-减压阀，调节6-减压阀来控制回路中气体的压力，从来达到调节吸盘吸附力的效果。吹气时，3-两位三通电磁阀通电换向，气体由5-气源进入经过4-过滤器，对板材进行吹气；而12-吸盘处将不再进行抽气，8-单向阀防止气体回流，保持吸盘附近的回路的真空度。当供版过程完成时，10-两位三通电磁阀通电换向，由于1-吸盘处存在真空负压，气体将从9-消音器进入，调节吸盘中的气压，从而释放工件。为了防止泄气产生噪音加装了9-消声器，减轻整个系统的噪音。该回路的优点是可以调节流量和真空度，针对不同的吸附物体可以调节不同的吸附力，而且具有延时功能，能有效地对版材进行吹气；缺点是由于整个回路中各种气动元件容易产生泄露现象，回路比较复杂，系统协调程度要求比较高。

图2

图2的回路是由1-消声器、2-喷嘴组合、3-真空泵、4-三位四通电磁阀、5-气源、、6-真空泵、7-过滤器、8-精密泄压阀、9-吸盘组合这些气动元件组成。该系统回路释放和吸附的过程主要由4-三位四通电磁换位进行。4-三位四通电磁阀左端通电，3-真空泵启动，9-吸盘吸附版材，并通过8-精密泄压阀来调节抽气端的负压；排气端气体从2-喷嘴吹出。当整个供版过程完成时，电磁阀右端通电，抽气端与1-消音器端连接，气体从外界进入，打破真空罐内的真空度，压力减小，释放工件。当4-三位四通电磁阀不通电时，可作为一个保压回路，在供版过程中，负压由6-真空罐来保持。

吸附起吊能力

吸盘的吸附起吊能力受吸附版材表面的光洁程度和平整度很大的影响。如果在光洁平整的版材上面的完全吸附力可以用吸盘的吸附面积和真空度的乘积来表示。但是在实用过程中还要考虑安全系数S。水平调运时，并且版材表面状态良好，安全系数S可以选小些。移动搬运时要考虑加速度的问题，一般我们安全系数S取3左右。垂直搬运时要考虑吸盘到版材重心的之间的距离、重量等因素。查阅资料了解，计算吸盘的吸附面积时不考虑在吸附状态下吸盘直径要扩大5%-20%，而且真空度只能取最高值的90%。版材吸附表面比吸盘面积要大，并由足够的空间余量。

真空起吊力的计算公式：

F=VA

760

W=F

S =VA

760

×1

3

F-完全吸附能力(Kg) V-真空度（mm汞柱） W-真空起吊力（kg）

A-吸盘吸附面积（cm²）

S-安全系数（取为3）

已知气泵的真空度为-50KPa，版材最大重量约为1Kg，由于版材只在前段吸附，重心位置偏离起吊力W要大于1Kg，W取2Kg。则通过计算得：

W=VA

760×1

3

2KG=50000Pa*π*D²*4/760/3/133.32

D=0.98cm

通过计算吸盘的半径要大于0.98cm。当然，这只是计算结果，在实际吸附过程中，只要在不损坏版材的情况下，吸盘一般吸附面积越大吸附力就越大。

抽气和吸附时间的计算

查阅资料得，真空泵对密闭容器抽真空时，容器内部真空度的提高与抽气时间的函数关系如下：

式中：P为容器内的压力（即：绝对真空度）；t为自变量，是抽气时间

K3为泵的极限真空度值，K1、K2为与泵、容器大小、环境压力等相关的常数。

函数曲线示意图如下：

已知真空泵绝对真空度为50KPa，极限真空度一般取40KPa左右，容积取3L，流量为15L/min,计算得抽气时间约21S左右。下面计算吸附时间，由于存在真空罐，所以原理跟真空发生器类似。设吸盘内的压力从大气压降至真空度达63%P的到达时间为T 1 , 降至真空度达95% P 的到达时间为T 2, 有

T1=60V/Q T2=3T1

V为真空泵到吸盘之间的配管容积，L为真空泵到吸盘之间的配管长度，为了减少吸附时间，L应该尽量取少一点，假设L=2m，配管内径为4mm。

V=πd²L/4000=3.14*4*4*2/4000=0.025L

Q 是通过真空泵的平均吸入流量Q1 和通过配管的平均吸入流量Q2 中的小者, 单位为L/ min。因P1 / P极限= 0.8, 由压力时间函数图查得到达时间T = 2T 1 , 根据机器的运行节拍要求吸盘吸着响应时间小于等于1.0s。