新型節(jié)能活塞式氣動真空發(fā)生器的研究與開發(fā).pdf

1、在工業(yè)自動化領(lǐng)域，氣動真空吸取技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，射流式真空發(fā)生器是分布式真空吸取系統(tǒng)的核心元件，它根據(jù)拉瓦爾噴管原理進行工作。在工作時，壓縮氣體直接由入口射向出口且必須持續(xù)供氣，因而效率低、耗氣量大。為了應(yīng)對這一問題，一種新型的活塞式結(jié)構(gòu)的氣動真空發(fā)生器的研究應(yīng)運而生。在論文中，針對活塞式真空發(fā)生器原理性樣機在響應(yīng)時間、耗氣量等方面存在的不足，研究解決了如何實現(xiàn)快速響應(yīng)低耗氣的技術(shù)問題，論文的研究對實現(xiàn)氣動真空系統(tǒng)節(jié)能具有重要的研究意

2、義和工程應(yīng)用價值。為了實現(xiàn)這個目標，文中對涉及的問題進行了深入的分析。 首先，對PVG原理性樣機的基本性能進行了測試，結(jié)果表明，PVG原理性樣機主要在真空響應(yīng)時間和耗氣量這兩個主要性能指標上與同級別射流式真空發(fā)生器存在較大差距。為此，在論文中通過對活塞式真空發(fā)生器主要性能指標影響因素的分析，以減少系統(tǒng)真空響應(yīng)時間為目標，研究提出了采用低壓損切換結(jié)構(gòu)、真空腔室開啟平衡氣道、不等徑活塞設(shè)計的改進措施，提出了兼具快速響應(yīng)低耗氣特點的活

3、塞式真空發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)(PVG-R)，為展開進一步的理論和試驗研究奠定了基礎(chǔ)。 為了分析PVG-R系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性，以及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和供給壓力對系統(tǒng)主要性能指標的影響，導(dǎo)出了各腔室氣體流動過程的能量方程，再結(jié)合質(zhì)量流量方程和活塞運動方程，建立了PVG-R系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，然后進行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，增加活塞運動行程、適當減小驅(qū)動腔直徑有利于提高系統(tǒng)的極限真空度和減少系統(tǒng)響應(yīng)時間；在滿足系統(tǒng)響應(yīng)時間的前提下，降低系統(tǒng)供給壓力有

4、利于減少系統(tǒng)的供給流量和耗氣量。 在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了新結(jié)構(gòu)的PVG-R原型樣機，對PVG-R原型樣機的基本性能進行了測試。通過試驗研究了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、供給壓力對系統(tǒng)性能指標的影響，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，再結(jié)合抽氣流道流場仿真分析和試驗研究，確定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。試驗結(jié)果表明，在50L/min的供給流量下，PVG-R原型樣機的極限真空度約為93kPa，高于同級別ZH10D型射流式真空發(fā)生器91kPa和PVG原理性樣機的85kP

5、a，抽取1L真空容器真空度達80kPa時的響應(yīng)時間約為-3.70s，較同級別ZH10D型射流式的4.80s和PVG原理性樣機的12.60s分別減少了約22.9％和70.6％。在供給流量一定的條件下，減少了真空響應(yīng)時間，也就減少了真空響應(yīng)過程的耗氣量。 最后，為了進一步減少活塞式真空發(fā)生器在真空維持階段的耗氣量，提出并實現(xiàn)了階梯式供給流量控制技術(shù)。根據(jù)活塞式真空發(fā)生器的基本工作原理，深入分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、工況參數(shù)與真空響應(yīng)過程的

6、相互影響關(guān)系，找出了在不降低其它性能指標的前提下，最大限度地減少真空維持階段供給流量的技術(shù)途徑。在本文研究的PVG-R總體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了PVG-RL總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計了內(nèi)嵌有經(jīng)濟、小型的階梯式流量控制閥的PVG-RL原型樣機，進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，與同級別ZH10D型射流式真空發(fā)生器相比，PVG-RL原型樣機不僅能夠迅速達到要求的真空度，而且有效地減少了工作過程中的耗氣量；在真空維持階段的供給流量最低可降至12L/min，在工作