針對目前使用的真空發生器存在的耗能大的局限性, 提出一種流量自調式射流真空發生器的總體技術方案。該方案采用磁性驅動方案和真空反饋自適應控制方案, 通過控制噴管喉部的有效流通斷面積調節真空發生器的供氣流量, 以滿足快速響應和節能的要求。建立流量自調式射流真空發生器的氣體流動模型和運動模型并進行仿真, 同時, 研究彈性系數這一主要設計參數對流量自調式射流真空發生器工作性能的影響規律, 為優化設計提供理論依據。對所設計的真空發生器進行試驗研究表明, 該真空發生器具有真空響應速度快和空氣消耗量低的特性。

1、前言

　　真空吸取技術作為自動化操作的一種方式, 已在工業的各個領域得到了廣泛的應用。但是, 作為局部真空發生裝置, 目前使用的射流式真空發生器在工作時須要連續供氣和排氣, 空氣消耗量很大。因此, 如何解決真空發生器在使用中的節能問題,同時又能滿足自動化生產線動作節拍對真空發生器快速響應提出的越來越高的要求, 是真空發生器研制中迫切需要解決的技術難題。

　　近年來, 針對這一問題, 國內外學者作了一些研究。如日本妙德株式會社開發的一種集真空噴嘴、單向閥和真空開關于一體的真空發生器, 當達到設定的真空度值時, 真空開關發出信號, 控制電磁閥關閉氣源, 真空發生停止, 由單向閥阻止空氣向真空回路泄漏, 使真空繼續保持。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, 與相同尺寸單一噴嘴的真空發生器相比, 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能型并聯式真空發生方案, 其設計思想基本相同, 即將兩個喉部直徑不同的真空噴嘴并聯, 在真空產生階段, 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, 從而達到節約能源的目的。但這種方法屬于對流量的有級控制, 適應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。因此研究開發一種能夠根據實時工況自適應調節供氣流量, 從而滿足生產中節能和快速響應的雙重要求的真空發生裝置是十分必要的。

　　本文將提出可實現流量自調節的射流式真空發生器總體技術方案和結構, 建立該流量自調式真空發生器的氣體流動模型和運動模型, 研究主要設計參數對該真空發生器工作性能的影響規律。

2、流量自調式真空發生器技術方案

　　為了滿足對真空發生器節能和快速響應的雙重要求, 提出了流量自調式射流真空發生器的總體技術方案, 根據該方案設計和制造了樣機, 該結構已申請了國家發明專利專利申請號(200610040832.1)。下面對其結構和原理進行說明。

2.1、流量自調式真空發生器的流量自調節原理

　　普通的射流式真空發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 普通射流式真空發生器工作原理示意圖

　　限于篇幅，文章第二章節的部分內容省略，詳細文章請郵件至作者索要。

3、結論

　　1、提出了利用磁性驅動方案和真空反饋自適應控制方案對真空發生器噴管的有效流通斷面積進行自適應調節從而控制真空發生器供氣流量的流量自調式真空發生器的總體結構, 并對其進行了試驗研究。試驗結果證明了該結構方案在滿足較短的真空響應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、建立了流量自調式真空發生器的數學模型, 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果, 表明了所建立的數學模型是可信的。

　　3、研究了彈性系數這一主要設計參數對流量自調式真空發生器工作性能的影響規律。研究結果表明, 彈性系數的選取對真空發生器工作性能的影響很大, 較小的彈性系數容易引起閥芯位移的波動,但真空發生器的極限真空度較高, 較大的彈性系數會使系統運動比較平穩, 但系統的極限真空度較低,且節能效果較差。因此, 設計時應合理確定彈性系數值。

　　本文的研究結果對于該型真空發生器進一步優化設計和深入研究打下了很好的基礎。