1、雙活塞缸式氣動真空發(fā)生器的理論模型分析 本文依據(jù)前期的實(shí)驗研究結(jié)果, 將雙活塞缸式氣動真空發(fā)生器的活塞運(yùn)動過程簡化成勻加速、勻速、勻減速3個運(yùn)動過程, 得到了活塞運(yùn)動速度與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系, 推導(dǎo)了不同運(yùn)動階段被抽取的真空容器內(nèi)壓力變化的近似解析表達(dá)式, 并采用熱量補(bǔ)償?shù)姆椒▽峤粨Q過程的影響及時地開展修正, 通過累加計算, 得到了真空容器及吸盤的真空響應(yīng)過程。 引言 隨著工業(yè)自動化生產(chǎn)線中對控制要求日趨嚴(yán)格, 需要比較準(zhǔn)確地得到真空抽氣系統(tǒng)啟動后, 吸盤處的真空響應(yīng)時間。本文介紹的雙活塞缸式氣動真空發(fā)生器工作原理如圖1 所示,它能在相對較低的供應(yīng)壓力下迅速到達(dá)一般工業(yè)上需求的真空度, 并且

2、耗氣量相對較低, 有利于氣動系統(tǒng)節(jié)能。 1動力腔2動力腔 3真空腔4真空腔 5真空容器6真空吸盤 7吸氣換向閥8驅(qū)動換向閥 圖1雙活塞缸式氣動真空發(fā)生器工作原理 在真空技術(shù)網(wǎng)另文中已建立其數(shù)學(xué)模型, 它是一個微分方程組, 通過模型數(shù)值求解可以得到各腔室壓力變化及運(yùn)動情況, 但是并不能清楚地表示各參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系, 為了能夠更加深入了解它們的內(nèi)在聯(lián)系, 加快求解速度, 通過本文的研究, 希望能夠得到真空吸盤的壓力變化過程與系統(tǒng)構(gòu)造參數(shù)相關(guān)的近似解析表達(dá)式, 便于開展構(gòu)造優(yōu)化。 1、運(yùn)動過程分析 活塞在一次抽氣行程中, 真空容器內(nèi)的壓力變化如圖2 所示?；钊麊雍? 真空腔室和真空被抽

3、容器行程的密閉容積逐漸擴(kuò)張, 使壓力降低, 直到接近行程末端時, 抽氣換向閥換向, 另一真空腔室內(nèi)的部分氣體回流到被的真空容器中, 造成壓力略有上升, 在下一個行程活塞反向運(yùn)動時, 運(yùn)動規(guī)律基本一致, 這與試驗測得的壓力變化過程是相同的。 圖2一個運(yùn)動行程內(nèi)真空容器的壓力變化過程 通過前期的試驗研究, 測得了系統(tǒng)在多組供應(yīng)壓力和流量下的運(yùn)動情況, 圖3為在如下參數(shù)時試驗測得的活塞運(yùn)動速度曲線: 動力腔直徑30mm、真空腔直徑40mm、活塞桿直徑8mm、供應(yīng)壓力0.21MPa,平均供應(yīng)流量56L/min, 在不同入口真空度時的活塞運(yùn)動速度形狀大致相同, 只是波動的幅度略有不同。從圖3中可以看出,

4、 活塞在開始一段為勻加速段, 中間處于一個相對變化較小的平臺段, 末段為勻減速段(活塞反向運(yùn)動規(guī)律也大致相同) 。為了簡化計算, 我們假定將一個運(yùn)動行程內(nèi)活塞的運(yùn)動速度分成以下3 個階段: 勻加速運(yùn)動、勻速運(yùn)動和勻減速運(yùn)動, 3個階段的運(yùn)動時間分別為tA、tB 、tC , 運(yùn)動位移為X1、X2、X3 , 滿足行程關(guān)系S = X1 + X2 + X3。 圖3一個運(yùn)動行程內(nèi)活塞運(yùn)動速度變化 根據(jù)真空技術(shù)網(wǎng)的研究, 質(zhì)量流量公式可簡化成 式中: pu、pd 為上、下游絕對壓力, Pa; Ae 為流道等效流通面積, m2 ; R 為氣體常數(shù); Tu 為上游絕對溫度, K。 以氣源向動力腔供氣、活塞向右

5、運(yùn)動為例, 其流量還可表示成 因此, 根據(jù)流量連續(xù)性關(guān)系得 qm1 = qm1 (4) 并且, 根據(jù)測得的腔內(nèi)氣體壓力變化情況以及活塞的運(yùn)動速度大小, 氣體流動過程基本是處于亞聲速流動狀態(tài), 所以 再將式(6)代入式(3), 即得到動力腔供應(yīng)流量與供應(yīng)壓力、平均速度、構(gòu)造參數(shù)之間的關(guān)系, 如式(7)所示。 因此, 活塞的穩(wěn)定運(yùn)動時的平均運(yùn)動速度v也可用供應(yīng)壓力和流量及相關(guān)參數(shù)表示 式中: ps 為氣源供應(yīng)壓力, Pa; A1 為動力腔工作面積, m2 ; Ae1動力腔進(jìn)氣流道等效面積, m2。 2、熱交換的影響 雙活塞缸式氣動真空發(fā)生器在抽取真空的過程中, 并非在很短的時間內(nèi)將被抽取容器內(nèi)的氣體抽出到達(dá)一定的真空度, 而是一個逐漸抽取的過程, 同時也伴隨著被抽取容器內(nèi)氣體與外界的熱交換過程。所以, 在推導(dǎo)真空容器內(nèi)壓力變化時, 必須考慮熱交換過程的影響, 并及時地對氣體參數(shù)開展修正, 這樣才能使得到的結(jié)果更加接近實(shí)際情況。 根據(jù)熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)方程, 可以按絕熱容積擴(kuò)張過程求得被抽取容器內(nèi)的壓力p以及溫度, 單次抽取真空過程時間約為0.1s, 所以可先以絕熱過