針對(duì)目前使用的真空發(fā)生器存在的耗能大的局限性, 提出一種流量自調(diào)式射流真空發(fā)生器的總體技術(shù)方案。該方案采用磁性驅(qū)動(dòng)方案和真空反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制方案, 通過(guò)控制噴管喉部的有效流通斷面積調(diào)節(jié)真空發(fā)生器的供氣流量, 以滿(mǎn)足快速響應(yīng)和節(jié)能的要求。建立流量自調(diào)式射流真空發(fā)生器的氣體流動(dòng)模型和運(yùn)動(dòng)模型并進(jìn)行仿真, 同時(shí), 研究彈性系數(shù)這一主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)流量自調(diào)式射流真空發(fā)生器工作性能的影響規(guī)律, 為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。對(duì)所設(shè)計(jì)的真空發(fā)生器進(jìn)行試驗(yàn)研究表明, 該真空發(fā)生器具有真空響應(yīng)速度快和空氣消耗量低的特性。

1、前言

　　真空吸取技術(shù)作為自動(dòng)化操作的一種方式, 已在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是, 作為局部真空發(fā)生裝置, 目前使用的射流式真空發(fā)生器在工作時(shí)須要連續(xù)供氣和排氣, 空氣消耗量很大。因此, 如何解決真空發(fā)生器在使用中的節(jié)能問(wèn)題,同時(shí)又能滿(mǎn)足自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)動(dòng)作節(jié)拍對(duì)真空發(fā)生器快速響應(yīng)提出的越來(lái)越高的要求, 是真空發(fā)生器研制中迫切需要解決的技術(shù)難題。

　　近年來(lái), 針對(duì)這一問(wèn)題, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了一些研究。如日本妙德株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的一種集真空噴嘴、單向閥和真空開(kāi)關(guān)于一體的真空發(fā)生器, 當(dāng)達(dá)到設(shè)定的真空度值時(shí), 真空開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào), 控制電磁閥關(guān)閉氣源, 真空發(fā)生停止, 由單向閥阻止空氣向真空回路泄漏, 使真空繼續(xù)保持。利用這種方法, 在搬運(yùn)氣密性材料的工件時(shí), 一個(gè)運(yùn)送周期內(nèi), 與相同尺寸單一噴嘴的真空發(fā)生器相比, 空氣消耗量可減少左右。但這種方法對(duì)木板、紙板等材質(zhì)疏松工件的搬運(yùn)并不適用。另一方面, 德國(guó)、日本和中國(guó)的研究人員分別提出了節(jié)能型并聯(lián)式真空發(fā)生方案, 其設(shè)計(jì)思想基本相同, 即將兩個(gè)喉部直徑不同的真空噴嘴并聯(lián), 在真空產(chǎn)生階段, 利用兩個(gè)真空噴嘴同時(shí)或喉部直徑較大的噴嘴抽取真空, 從而達(dá)到真空快速響應(yīng)的目的在真空保持階段, 利用切換控制閥進(jìn)行切換, 使喉部直徑較小的真空噴嘴進(jìn)行工作, 從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。但這種方法屬于對(duì)流量的有級(jí)控制, 適應(yīng)范圍受到一定的限制, 且由于額外增加了一些元件, 從而增加了使用者的成本。因此研究開(kāi)發(fā)一種能夠根據(jù)實(shí)時(shí)工況自適應(yīng)調(diào)節(jié)供氣流量, 從而滿(mǎn)足生產(chǎn)中節(jié)能和快速響應(yīng)的雙重要求的真空發(fā)生裝置是十分必要的。

　　本文將提出可實(shí)現(xiàn)流量自調(diào)節(jié)的射流式真空發(fā)生器總體技術(shù)方案和結(jié)構(gòu), 建立該流量自調(diào)式真空發(fā)生器的氣體流動(dòng)模型和運(yùn)動(dòng)模型, 研究主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)該真空發(fā)生器工作性能的影響規(guī)律。

2、流量自調(diào)式真空發(fā)生器技術(shù)方案

　　為了滿(mǎn)足對(duì)真空發(fā)生器節(jié)能和快速響應(yīng)的雙重要求, 提出了的總體技術(shù)方案, 根據(jù)該方案設(shè)計(jì)和制造了樣機(jī), 該結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明申請(qǐng)?zhí)枺?00610040832.1）。下面對(duì)其結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行說(shuō)明。

2.1、流量自調(diào)式真空發(fā)生器的流量自調(diào)節(jié)原理

　　普通的射流式真空發(fā)生器的工作原理如圖所示。它主要由先收縮后擴(kuò)張的拉瓦爾噴管、被引射腔和混流管等組成, 有供氣口、排氣口和真空口。當(dāng)供氣壓力與噴管喉部壓力的比值大于一定值時(shí),噴管射出超聲速射流, 在氣體粘性的作用下, 高速射流卷吸被引射腔內(nèi)的氣體, 使該腔中形成一定的真空度。

圖1 普通射流式真空發(fā)生器工作原理示意圖

　　限于篇幅，文章第二章節(jié)的部分內(nèi)容省略，詳細(xì)文章請(qǐng)郵件至作者索要。

3、結(jié)論

　　1、提出了利用磁性驅(qū)動(dòng)方案和真空反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制方案對(duì)真空發(fā)生器噴管的有效流通斷面積進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)從而控制真空發(fā)生器供氣流量的流量自調(diào)式真空發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu), 并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果證明了該結(jié)構(gòu)方案在滿(mǎn)足較短的真空響應(yīng)時(shí)間的前提下可以有效地減少空氣消耗量,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)基本要求, 從原理上證明了該方案的可行性。

　　2、建立了流量自調(diào)式真空發(fā)生器的數(shù)學(xué)模型, 并進(jìn)行了仿真研究。通過(guò)真空度和供氣流量的仿真和試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果, 表明了所建立的數(shù)學(xué)模型是可信的。

　　3、研究了彈性系數(shù)這一主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)流量自調(diào)式真空發(fā)生器工作性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明, 彈性系數(shù)的選取對(duì)真空發(fā)生器工作性能的影響很大, 較小的彈性系數(shù)容易引起閥芯位移的波動(dòng),但真空發(fā)生器的極限真空度較高, 較大的彈性系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn), 但系統(tǒng)的極限真空度較低,且節(jié)能效果較差。因此, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理確定彈性系數(shù)值。

　　本文的研究結(jié)果對(duì)于該型真空發(fā)生器進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和深入研究打下了很好的基礎(chǔ)。

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