真空發(fā)生器系統(tǒng)的物理和數(shù)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(xiàn)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(yī)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(fā)生裝置有真空泵和真空發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、價格低、安裝方便,與配套件復合化容易,真空的產(chǎn)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(chǎn)中,精密控制的要求日趨嚴格,需要比較精確地知道真空發(fā)生器動作后吸盤處的吸附響應時間,而以往對真空系統(tǒng)中吸附響應時間的預估,是由經(jīng)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(jīng)驗方法確定。該經(jīng)驗公式有三大不足之處:一是沒有考慮真空發(fā)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(jīng)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(fā)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(chǔ)。真空發(fā)生器

典型的真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)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。