真空發生器系統的物理和數學模型

2009-03-24 姚朝暉 清華大學工程力學系

         真空元件以真空壓力為動力源,作為實現自動化的一種手段,已在電子、半導體元件組裝、汽車組裝、自動搬運機械、輕工機械、食品機械、醫療機械、印刷機械、塑料制品機械、包裝機械、鍛壓機械、機器人等許多方面得到廣泛的應用。

         真空發生裝置有真空泵真空發生器兩種。真空泵是吸入口形成負壓,排氣口直接通大氣,兩端壓力比很大的抽除氣體的機械。真空發生器是利用壓縮空氣的流動而形成一定真空度的氣動元件,與真空泵相比,它的結構簡單、體積小、質量輕、價格低、安裝方便,與配套件復合化容易,真空的產生和解除快,宜從事流量不大的間歇工作,適合分散使用。隨著自動化生產中,精密控制的要求日趨嚴格,需要比較精確地知道真空發生器動作后吸盤處的吸附響應時間,而以往對真空系統中吸附響應時間的預估,是由經驗公式T=V×60/Q得到的,其中V為吸管容積(L); Q 為平均吸入流量(NL/ min) ,由經驗方法確定。該經驗公式有三大不足之處:一是沒有考慮真空發生器本身的吸附響應時間;二是稀疏波在配管中的傳播;三是沒有考慮供氣壓力對流量的影響。因此使用該經驗公式常常會與實際情況有很大的出入。本文的目的是建立更為精確的真空發生器及其配管在各種運行工況下的吸附響應時間的計算模型,為自動化中的精密控制奠定理論基礎。真空發生器

          典型的真空發生器的結構原理及其圖形符號如圖1 所示,它是由先收縮后擴張的拉瓦爾噴管1、壓腔2 和接收管3 等組成。有供氣口、排氣口和真空口。當供氣口的供氣壓力高于一定值后,噴管射出超聲速射流。

真空發生器的結構原理圖 

圖1  真空發生器的結構原理圖

          由于氣體的粘性,高速射流卷吸走負腔內的氣體,使該腔形成很低的真空度。在真空口處接上配管和真空吸盤,靠真空壓力便可吸起吸吊物。圖2 為真空系統的示意圖,該系統由氣源1,調壓閥2,電磁閥3,真空發生器4,消聲器5,配管6和吸盤7組成。

真空發生器系統示意圖 

圖2  真空發生器系統示意圖