雙活塞缸式氣動(dòng)真空發(fā)生器相對(duì)于目前廣泛使用的射流式真空發(fā)生器, 它具有供給壓力低、耗氣量少的優(yōu)點(diǎn), 在氣動(dòng)真空系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用前景。文中針對(duì)原系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的不足, 提出了以一個(gè)抽氣換向閥替代原有兩個(gè)抽氣單向閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)研究結(jié)果表明, 改進(jìn)后系統(tǒng)的主要性能在原有基礎(chǔ)上均有一定程度的提高, 極限真空度可達(dá)93kPa, 超過(guò)同級(jí)別的射流式真空發(fā)生器, 在同樣供給流量下, 抽取1L容器真空度達(dá)80kPa 時(shí)的響應(yīng)時(shí)間減少了12.5%。

　　在工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中, 氣動(dòng)真空吸取技術(shù)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)線上, 主要用于吸取易碎、柔軟、薄的非鐵、非金屬材料, 以完成搬運(yùn)、夾緊或包裝等作業(yè)。目前, 在生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用的真空發(fā)生裝置主要為射流式真空發(fā)生器, 壓縮氣體通過(guò)噴嘴的高速流動(dòng)從而產(chǎn)生一定的真空度。根據(jù)其工作原理決定了它只能在較高的供給壓力下才能達(dá)到極限真空度, 并且耗氣量大, 不利于氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能。真空技術(shù)網(wǎng)前文中提出了一種新型的真空發(fā)生器PVSCTC- 1( Pneumatic Vacuum System Consisting of Two Cylinders- 1) , 工作原理如圖1 所示, 它可在相對(duì)較低的供給壓力下達(dá)到較高的極限真空度, 這就有可能直接或接利用氣缸排氣的能量進(jìn)行工作, 產(chǎn)生真空, 達(dá)到氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能的目的, 在工程應(yīng)用中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.動(dòng)力腔Ⅰ 2.動(dòng)力腔Ⅱ 3.真空腔Ⅰ 4.真空腔Ⅱ 5.連接管道等效容器　6.真空吸盤　7.換向閥

圖1 雙活塞缸式氣動(dòng)真空發(fā)生器工作原理

　　這種新型的真空發(fā)生器作為一種節(jié)能的氣動(dòng)真空發(fā)生裝置, 在滿足基本性能要求的基礎(chǔ)上, 本身應(yīng)具有較高的能量使用效率, 否則研究意義不大。通過(guò)前期的研究發(fā)現(xiàn), 其響應(yīng)時(shí)間和耗氣量這兩個(gè)性能指標(biāo)上較同級(jí)別的射流式真空發(fā)生器都還存在一定的差距。本文研究的目的正是通過(guò)相關(guān)的理論分析, 對(duì)其不足之處進(jìn)行改進(jìn), 提高整體能力水平。

1、改進(jìn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

1.1、極限真空度分析

　　系統(tǒng)的工作原理在真空技術(shù)網(wǎng)另文中已敘述, 當(dāng)真空腔室無(wú)法繼續(xù)抽取等效真空容器中的氣體時(shí), 即真空腔室余隙容積中的氣體完全膨脹后的壓力恰等于真空容器中的氣體壓力與抽氣單向閥開啟壓力之和時(shí), 達(dá)到了系統(tǒng)的極限狀態(tài), 真空容器達(dá)到極限真空度。根據(jù)絕熱過(guò)程的氣體狀態(tài)方程可得, 系統(tǒng)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)真空腔室內(nèi)與真空容器( 真空吸盤) 所能達(dá)到的極限真空度p' vmax、pvmax 分別為:

式中p0———大氣壓力, Pa
　　Δp1———排氣單向閥開啟壓力, Pa
　　Δp2———抽氣單向閥開啟壓力, Pa
　　s———活塞運(yùn)動(dòng)行程, m
　　x0———真空腔室余隙容積等效行程, m

　　由式(1)和式(2)可知, 真空容器內(nèi)的極限真空度與抽、排氣單向閥的開啟壓力、腔體余隙容積和行程大小都相關(guān), 并且低于真空腔室內(nèi)的極限真空度, 差值為抽氣單向閥開啟壓力大小,并且抽氣單項(xiàng)閥的開啟壓力對(duì)吸盤處所能達(dá)到的真空度影響最為直接。例如, 單向排氣閥、吸氣閥開啟壓力為12kPa 時(shí), 若真空腔室內(nèi)能夠達(dá)到的最高真空度為95 kPa, 則真空吸盤處能達(dá)到的最大真空度約為83 kPa。由此說(shuō)明, 在抽氣過(guò)程中, 其中有很大一部分的壓力損失在抽氣單向閥處。

1.2、響應(yīng)時(shí)間分析

　　系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是與系統(tǒng)的有效抽速和被抽取容器容積大小相關(guān)的, 關(guān)系如下:

式中pc———等效真空容器內(nèi)氣體絕對(duì)壓力, Pa
　　V———等效真空容器容積, L
　　Se———系統(tǒng)有效抽速, L/min

　　在特定的工作場(chǎng)合下, 被抽取的容器大小或連接的管道長(zhǎng)度一般都是固定的。因而, 系統(tǒng)的有效抽速得到了提高, 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也就響應(yīng)減少了。而系統(tǒng)的有效抽速是由真空發(fā)生裝置的自身抽速和抽氣流道的流通性能共同決定的, 在一定的供給流量下, 其自身的抽速是確定的。只能通過(guò)提高抽氣流道的流通性能來(lái)減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

　　隨著真空容器內(nèi)的真空度逐漸升高, 真空腔室與真空容器間的壓差逐漸減小, 每個(gè)抽氣過(guò)程抽氣單向閥的開啟程度也相應(yīng)減小, 使得真空腔室更加難以從真空容器內(nèi)抽出氣體, 最終導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間增加。所以, 抽氣單向閥對(duì)抽氣流道的流通性能以及系統(tǒng)有效抽速都有較大的影響,不利于減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

　　綜上所述, 圖1 中的兩個(gè)抽氣單向閥不僅影響了系統(tǒng)極限真空度, 而且在抽氣過(guò)程中, 尤是當(dāng)入口真空度較高時(shí), 其開啟程度的減小也限制了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的減少, 需要對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn), 提高雙活塞缸式氣動(dòng)真空發(fā)生器的性能水平。