射流式真空發(fā)生器需持續(xù)供氣以維持真空，需消耗大量壓縮空氣。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種基于容積擴(kuò)張產(chǎn)生真空原理的活塞式氣動(dòng)真空發(fā)生器總體結(jié)構(gòu)方案。為了提高系統(tǒng)極限真空度、縮短真空響應(yīng)時(shí)間、減少耗氣量，該方案中采用了兩個(gè)不等徑活塞的設(shè)計(jì)方案和由抽氣換向閥控制真空腔室氣體流動(dòng)并在真空維持階段進(jìn)行流量控制的方法來(lái)提高性能指標(biāo)�；钊�式真空發(fā)生器原型樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明，其極限真空度可達(dá)93kPa，真空響應(yīng)時(shí)間約為3.70s，在60s工作時(shí)間內(nèi)的耗氣量較同級(jí)別射流式真空發(fā)生器的耗氣量減少了約71.3%。

　　氣動(dòng)真空吸取技術(shù)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域，主要用于吸取易碎、難以?shī)A持的工件，進(jìn)行搬運(yùn)、夾緊或包裝等作業(yè)。其中，射流式真空發(fā)生器是真空吸取單元的關(guān)鍵元件，如果要在真空口處維持一定的真空度，必須對(duì)它持續(xù)定量供氣。在一個(gè)具有一定規(guī)模的氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，真空發(fā)生器的數(shù)量往往是可觀的，由此造成的耗能也是巨大的。因此，如何減少真空吸取過(guò)程的耗氣量，對(duì)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能具有重要的研究意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)氣動(dòng)真空吸取技術(shù)的節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，例如，設(shè)計(jì)了采用串聯(lián)式、并聯(lián)式等結(jié)構(gòu)形式的射流式真空發(fā)生器，或?qū)⑸淞魇秸婵瞻l(fā)生器和單向閥、控制閥等組合構(gòu)成真空發(fā)生器組件。雖然這些改進(jìn)可在某些特定的場(chǎng)合下減少耗氣量，但是并沒(méi)有從根本上克服射流式真空發(fā)生器需要持續(xù)供氣且耗氣量大的缺點(diǎn)，在節(jié)能效果或成本上并不十分理想。鑒于這樣的情況，筆者提出了一種新型的雙活塞式小型氣動(dòng)真空發(fā)生器的技術(shù)方案。該技術(shù)方案利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)真空發(fā)生器的一側(cè)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)另一側(cè)活塞運(yùn)動(dòng)，從而在真空腔室內(nèi)通過(guò)局部容積擴(kuò)張產(chǎn)生真空，這雖然與一般的往復(fù)式活塞真空泵有相似之處，但在驅(qū)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)上卻有顯著不同。該方案的活塞式真空發(fā)生器體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用氣壓驅(qū)動(dòng)方式，能作為獨(dú)立的氣動(dòng)元件在局部使用。

1、活塞式真空發(fā)生器的技術(shù)方案

　　1.1、活塞式真空發(fā)生器工作原理

　　根據(jù)局部容積擴(kuò)張產(chǎn)生真空的原理，雙活塞式真空發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)腔室和真空發(fā)生腔室。由于總體外形結(jié)構(gòu)尺寸的限制，不可能只通過(guò)一次抽取過(guò)程就使被抽取的密閉真空容器或連接管路達(dá)到所需的真空度，而是需要通過(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，持續(xù)不斷地產(chǎn)生真空。因此，在結(jié)構(gòu)上需要有能夠控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制閥以及控制真空腔室抽氣、排氣過(guò)程的控制閥。經(jīng)反復(fù)設(shè)計(jì)，最終得到的活塞式真空發(fā)生器(piston vacuum generator，PVG)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.驅(qū)動(dòng)腔 2.活塞組件 3.驅(qū)動(dòng)腔  4.流量控制閥 5.抽氣換向閥 6.真空腔 7.真空腔  8.平衡氣道 9.排氣單向閥 10.進(jìn)氣換向閥

圖1 PVG總體結(jié)構(gòu)示意圖

　　如圖1所示，工作時(shí)，氣源氣體通過(guò)進(jìn)氣換向閥進(jìn)入驅(qū)動(dòng)腔，推動(dòng)活塞組件向左運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)腔中的氣體通過(guò)進(jìn)氣換向閥排向大氣;同時(shí)，真空腔容積擴(kuò)張，真空腔此時(shí)與真空口相連，在真空口處形成一定的真空，真空腔中的氣體被壓縮后通過(guò)排氣單向閥排出。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程端時(shí)，觸發(fā)進(jìn)氣換向閥和抽氣換向閥換向，氣源氣體進(jìn)入驅(qū)動(dòng)腔，驅(qū)動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)腔中的氣體排出;此時(shí)，真空腔與真空口相連，繼續(xù)產(chǎn)生一定真空，真空腔中上次抽出的氣體通過(guò)排氣單向閥排出。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到行程另一終點(diǎn)時(shí)再次觸發(fā)兩個(gè)換向閥換向，如此反復(fù)循環(huán)，即可在真空口處持續(xù)產(chǎn)生一定的真空。

　　1.2、活塞式真空發(fā)生器的關(guān)鍵部件

　　1.2.1、抽氣控制閥

　　抽氣控制閥的主要作用是切換真空腔室與真空口處的連接。在研究過(guò)程中曾經(jīng)研究了如圖2所示的抽氣單向閥和抽氣換向閥兩種結(jié)構(gòu)方案,它們都可滿(mǎn)足基本的功能需求，但是在極限真空度的性能指標(biāo)上有一定差異，對(duì)此分析說(shuō)明如下。

(a)抽氣單向閥 (b)抽氣換向閥

圖2 兩種抽氣控制閥結(jié)構(gòu)方案

4、結(jié)論

　　(1)為了滿(mǎn)足快速響應(yīng)和低耗氣的雙重需求，采用抽氣單向閥、不等徑活塞、平衡氣道和階梯式流量控制閥，得到了活塞式真空發(fā)生器總體結(jié)構(gòu)方案。

　　(2)建立了活塞式真空發(fā)生器的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了仿真研究，分析了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和供給壓力對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響。仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明建立的數(shù)學(xué)模型是正確可信的。

　　(3)活塞式真空發(fā)生器原型樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明，其主要性能指標(biāo)均超過(guò)同級(jí)別射流式真空發(fā)生器，尤其在真空維持階段可極大地減少供給流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。下一步的工作還需在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝上改進(jìn)，控制整體重量和成本，盡可能符合應(yīng)用要求。