真空发生器系统的物理和数学模型

2009-03-24 姚朝晖清华大学工程力学系

真空元件以真空压力为动力源,作为实现自动化的一种手段,已在电子、半导体元件组装、汽车组装、自动搬运机械、轻工机械、食品机械、医疗机械、印刷机械、塑料制品机械、包装机械、锻压机械、机器人等许多方面得到广泛的应用。

真空发生装置有真空泵和真空发生器两种。真空泵是吸入口形成负压,排气口直接通大气,两端压力比很大的抽除气体的机械。真空发生器是利用压缩空气的流动而形成一定真空度的气动元件,与真空泵相比,它的结构简单、体积小、质量轻、价格低、安装方便,与配套件复合化容易,真空的产生和解除快,宜从事流量不大的间歇工作,适合分散使用。随着自动化生产中,精密控制的要求日趋严格,需要比较精确地知道真空发生器动作后吸盘处的吸附响应时间,而以往对真空系统中吸附响应时间的预估,是由经验公式T=V×60/Q得到的,其中V为吸管容积(L); Q 为平均吸入流量(NL/ min) ,由经验方法确定。该经验公式有三大不足之处:一是没有考虑真空发生器本身的吸附响应时间;二是稀疏波在配管中的传播;三是没有考虑供气压力对流量的影响。因此使用该经验公式常常会与实际情况有很大的出入。本文的目的是建立更为精确的真空发生器及其配管在各种运行工况下的吸附响应时间的计算模型,为自动化中的精密控制奠定理论基础。真空发生器

典型的真空发生器的结构原理及其图形符号如图1 所示,它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、压腔2 和接收管3 等组成。有供气口、排气口和真空口。当供气口的供气压力高于一定值后,喷管射出超声速射流。