真空發(fā)生器在自動(dòng)化設(shè)備上的應(yīng)用

2009-08-19 劉黎陽(yáng) 沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

1、概述

　　真空發(fā)生器是利用壓縮氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種新型、高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的真空元器件。真空發(fā)生器具有體積小、真空度高、安裝維修方便、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械、電子以及機(jī)器人等各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械中，裝盒機(jī)械的上盒和上蓋、裝箱機(jī)械的箱板成型取送、貼標(biāo)機(jī)中標(biāo)簽的供給和傳送等場(chǎng)合都使用了真空吸附裝置。在這一類機(jī)械中，一個(gè)共同的特點(diǎn)是所需的真空流量小、真空度要求不高且多為間歇工作。使用傳統(tǒng)真空泵提供真空源，不僅機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且由于真空響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)而影響機(jī)器的可靠性和工作效率。而真空發(fā)生器與吸盤(pán)配合，可進(jìn)行各種物料的吸附，搬運(yùn)，尤其適合于吸附易碎、柔軟、薄的非鐵非金屬材料或球型物體，有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)化生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。

2、真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和性能分析

　　2.1、真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)

　　真空發(fā)生器由噴管、吸附腔、擴(kuò)散腔3 部分組成。真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動(dòng)。在卷吸作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被吸走，使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。如圖1 所示。

　　由流體力學(xué)可知,對(duì)于不可壓縮空氣氣體的連續(xù)性方程為：

A1v1=A2v2

　　式中A1、A2-管道的截面面積，m2；v1、v2-氣流流速，m/s。

　　由上式可知，截面增大，流速減��；截面減小，流速增大。

　　對(duì)于水平管路，按不可壓縮空氣的伯努里方程為

P1+1/2ρv1²=P2+1/2ρv2²

　　式中P1、P2-截面A1、A2處相應(yīng)的壓力，Pa；v1、v2-截面A1、A2處相應(yīng)的流速，m/s；ρ-空氣的密度，kg/m2。由上式可知，流速增大，壓力降低，當(dāng)v2>>v1時(shí)，P1>>P2。當(dāng)v2 增加到一定值，P2 將小于一個(gè)大氣壓，即產(chǎn)生負(fù)壓。故可用增大流速來(lái)獲得負(fù)壓，產(chǎn)生吸力。

　　2.2、真空發(fā)生器的性能分析

　　(1)真空發(fā)生器的主要性能參數(shù)

　　空氣消耗量：指從噴管流出的流量；

　　真空流量：指從吸附口吸入的空氣流量；

　　真空度：指大氣壓力與真空腔內(nèi)的絕對(duì)壓力之差。當(dāng)吸入口被完全封閉，即排氣量為零時(shí)，真空腔的真空度稱為最大真空度；

　　吸附響應(yīng)時(shí)間：吸附響應(yīng)時(shí)間是表明真空發(fā)生器工作性能的一個(gè)重要參數(shù)，它是指從換向閥打開(kāi)到系統(tǒng)回路中達(dá)到一個(gè)必要的真空度的時(shí)間。

　　(2)影響真空發(fā)生器性能的主要因素

　　真空發(fā)生器的性能與噴管的最小通徑、噴管出口直徑、接收管入口形狀和通徑、擴(kuò)散腔的容積、噴管與接收管之間的相對(duì)位置及氣源壓力大小等諸多因素有關(guān)。圖2 為真空發(fā)生器的真空度、真空流量、空氣消耗量與供給壓力之間的關(guān)系曲線。

　　圖中表明，供給壓力達(dá)到一定值時(shí)，真空度較高，這時(shí)吸入流量達(dá)到最大，當(dāng)供給壓力繼續(xù)增加時(shí)，真空度降低，這時(shí)吸入流量減小。

　　在吸入口完全封閉的條件下，真空度與吸入流量之間的關(guān)系如圖3 所示。為獲得較為理想的真空度與吸入流量的匹配關(guān)系，可采用多級(jí)真空發(fā)生器并聯(lián)組合在一起。

　　吸附響應(yīng)時(shí)間與吸附腔的容積有關(guān)(包括擴(kuò)散腔，吸附管道及吸盤(pán)或密閉艙容積等)。通常其計(jì)算方程式為：

t=(V/c)^1/a

　　式中t-吸附響應(yīng)時(shí)間，s；V-被抽吸空氣總?cè)萘�，L；c-嚴(yán)密度系數(shù)，與吸盤(pán)和被吸附物嚴(yán)密程度相有關(guān)；a-真空發(fā)生器響應(yīng)系數(shù)。

　　對(duì)一定真空度要求來(lái)說(shuō)，若吸附腔的容積越小，響應(yīng)時(shí)間越短；接觸表面嚴(yán)密度越大，則吸附響應(yīng)時(shí)間亦越短。

(3)真空發(fā)生器的選用

　　真空發(fā)生器的選擇首先應(yīng)根據(jù)吸附面的構(gòu)造、表面狀況等條件估計(jì)吸入真空流量，再根據(jù)吸入真空流量的大小選擇真空發(fā)生器噴管的最小通徑；若吸附容積大，且吸附速度要快，則噴管的最小通徑應(yīng)選大些。真空發(fā)生器的選擇要在滿足使用要求的前提下應(yīng)盡量減小其空氣消耗量，耗氣量與壓縮空氣的工作壓力有關(guān)，壓力越大，則耗氣量越大，但真空度不會(huì)再增加，因此在確定真空度值的大小時(shí)，要注意提高系統(tǒng)的工作壓力與耗氣量之間的關(guān)系。

3、真空發(fā)生器在自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用

　　在封裝機(jī)械中，塑料袋、紙箱和標(biāo)簽等輕簿物的供送和封裝通常采用真空吸盤(pán)裝置。在永創(chuàng)101A 型全自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)中，上標(biāo)以及貼標(biāo)裝置如圖4 所示。吸標(biāo)轉(zhuǎn)鼓2 將空白標(biāo)簽從標(biāo)簽盒1 中取出，經(jīng)打碼器5寫(xiě)入生產(chǎn)時(shí)間后，再轉(zhuǎn)入貼標(biāo)轉(zhuǎn)鼓3由上膠輥4 上膠水，最后將標(biāo)簽貼在盒口上。在這一過(guò)程中，吸標(biāo)轉(zhuǎn)鼓和貼標(biāo)轉(zhuǎn)鼓均使用真空吸盤(pán)吸附標(biāo)簽。該設(shè)備改進(jìn)前由KRX7A -P -V-03 型真空泵提供真空源，該系統(tǒng)除真空泵外，還需配備電磁閥、真空開(kāi)關(guān)等元件，不僅占用空間大，而且成本也很高，系統(tǒng)回路如圖5 所示。

　　由于該系統(tǒng)真空元件只能安裝在機(jī)器底部，離吸標(biāo)轉(zhuǎn)鼓和貼標(biāo)轉(zhuǎn)鼓較遠(yuǎn)，吸附響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，因而限制了包裝機(jī)速度。改用真空發(fā)生器作為真空源后，系統(tǒng)回路如圖6 所示。該系統(tǒng)直接接入本機(jī)氣源，由電磁閥3控制氣路通斷；電磁閥3 得電，吸盤(pán)便可工作；電磁閥3 斷電，吸盤(pán)停止工作。由于真空發(fā)生器小巧，可安裝在吸盤(pán)附近，吸附響應(yīng)時(shí)間較原系統(tǒng)縮短0.5s，提高了機(jī)器的工作效率。

4、結(jié)語(yǔ)

　　真空發(fā)生器是一種小巧而經(jīng)濟(jì)的真空元器件，應(yīng)用在有正壓氣源的地方，可以使真空回路極大簡(jiǎn)化。有利于降低機(jī)器的制造成本，有利于提高機(jī)器的可靠性，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械的高速化和自動(dòng)化，具有廣闊的應(yīng)用前景。