流量自調(diào)式射流真空發(fā)生器技術(shù)方案

　　針對目前使用的真空發(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)動方案和真空反饋自適應(yīng)控制方案，通過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)生器的氣體流動模型和運動模型并進行仿真，同時，研究彈性系數(shù)這一主要設(shè)計參數(shù)對流量自調(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)計提供理論依據(jù)。對所設(shè)計的真空發(fā)生器進行試驗研究表明，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)作為自動化操作的一種方式，已在工業(yè)的各個領(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)能問題，同時又能滿足自動化生產(chǎn)線動作節(jié)拍對真空發(fā)生器快速響應(yīng)提出的越來越高的要求，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，針對這一問題，國內(nèi)外學者作了一些研究。如日本妙德株式會社開發(fā)的一種集真空噴嘴、單向閥和真空開關(guān)于一體的真空發(fā)生器，當達到設(shè)定的真空度值時，真空開關(guān)發(fā)出信號，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，在搬運氣密性材料的工件時，一個運送周期內(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。但這種方法對木板、紙板等材質(zhì)疏松工件的搬運并不適用。另一方面，德國、日本和中國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)計思想基本相同，即將兩個喉部直徑不同的真空噴嘴并聯(lián)，在真空產(chǎn)生階段，利用兩個真空噴嘴同時或喉部直徑較大的噴嘴抽取真空，從而達到真空快速響應(yīng)的目的在真空保持階段，利用切換控制閥進行切換，使喉部直徑較小的真空噴嘴進行工作，從而達到節(jié)約能源的目的。但這種方法屬于對流量的有級控制，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。因此研究開發(fā)一種能夠根據(jù)實時工況自適應(yīng)調(diào)節(jié)供氣流量，從而滿足生產(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)生器的氣體流動模型和運動模型，研究主要設(shè)計參數(shù)對該真空發(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

　　為了滿足對真空發(fā)生器節(jié)能和快速響應(yīng)的雙重要求，提出了流量自調(diào)式射流真空發(fā)生器的總體技術(shù)方案，根據(jù)該方案設(shè)計和制造了樣機，該結(jié)構(gòu)已申請了國家發(fā)明專利專利申請?zhí)?200610040832.1)。下面對其結(jié)構(gòu)和原理進行說明。

　　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。當供氣壓力與噴管喉部壓力的比值大于一定值時，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，詳細文章請郵件至作者索要。

3、結(jié)論

　　1、提出了利用磁性驅(qū)動方案和真空反饋自適應(yīng)控制方案對真空發(fā)生器噴管的有效流通斷面積進行自適應(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)，并對其進行了試驗研究。試驗結(jié)果證明了該結(jié)構(gòu)方案在滿足較短的真空響應(yīng)時間的前提下可以有效地減少空氣消耗量，達到了預期的設(shè)計基本要求，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)學模型，并進行了仿真研究。通過真空度和供氣流量的仿真和試驗對比結(jié)果，表明了所建立的數(shù)學模型是可信的。

　　3、研究了彈性系數(shù)這一主要設(shè)計參數(shù)對流量自調(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，但真空發(fā)生器的極限真空度較高，較大的彈性系數(shù)會使系統(tǒng)運動比較平穩(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)計時應(yīng)合理確定彈性系數(shù)值。

　　本文的研究結(jié)果對于該型真空發(fā)生器進一步優(yōu)化設(shè)計和深入研究打下了很好的基礎(chǔ)。