双活塞缸式气动真空发生器的改进设计及试验研究(3)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京理工大学机械学院SMC技术中心 作者:潘孝斌

(2) 行程的影响

  由式(1)可知, 行程是影响其极限真空度的主要因素之一, 行程越大, 系统所能获得的极限真空度也越高。但是, 行程大小同时也决定总体结构轴向尺寸的大小, 外形尺寸与性能是相矛盾的。通过实验, 测得了不同行程下真空响应过程, 如图6所示。活塞运动行程分别为40 mm、50 mm、60 mm时, 系统所能达到的极限真空度分别约为93kPa、92 kPa、89 kPa。

  从图6 中还可看出, 增加行程大小对系统响应时间的减少也是有利的, 行程为60 mm 时的系统响应时间较行程为40 mm 时减少了16% 。从实验测得的供给流量上看, 不同行程下的供给流量基本是相同的, 这就说明了行程为60 mm 时系统真空度达80 kPa 的总耗气量较行程40 mm 时也减少16% 。所以, 在外形尺寸限定范围内增大行程对提高系统极限真空度、减少系统响应时间和空气消耗量都是有利的。

(3) 供给压力的影响

  根据系统的工作原理, 最低供给压力可由作用在活塞上的力平衡关系求得, 在不同驱动腔与真空腔工作面积比下, 最低供给压力大小也随之改变。以驱动腔直径30 mm, 真空腔直径40 mm,极限真空度90 kPa 为例, 计算得到最低供给压力约为0.21 MPa, 当供给压力高于最低值时都可进行抽取真空。所以, 活塞式真空发生器可以在一个很宽的供给压力范围内达到极限真空度, 而并非像射流式真空发生器只能在0.45 MPa 左右时才能达到极限真空度。

  随着供给压力的提高, 活塞式真空发生器的供给流量也随之增加, 活塞往复运动速度加快, 真空响应速度也有一定程度的提高, 但是并不明显,如图7 所示, 而供给流量却大大增加了。所以, 通过提高供给压力来减少系统响应时间是不合适的, 应在满足响应时间要求的基础上尽可能降低供给压力,这样才符合气动系统节能的思想。

 不同供给压力下的真空响应过程对比在相同供给流量下( 50L/min) , 各真空发生真空响应过程对比

图7 不同供给压力下的真空响应过程对比  图8 在相同供给流量下( 50L/min) , 各真空发生真空响应过程对比

3.3、与同级别射流式真空发生器对比

  目前, 本文研究活塞式真空发生器最大抽速在30L/min 附近, 以下将它与同级别射流式真空发生器的主要性能进行比较。图8为各真空发生器在相同供给流量下(50L/min), 抽取1L真空容器的真空响应过程对比, 主要数据见表1。其中PVSCTC-2样机模型的主要结构参数为: 动力腔直径30mm,真空腔直径40mm, 行程60mm。

表1 各真空发生器的主要性对比

 各真空发生器的主要性对比

  由上述各项性能对比可得, 通过本文的研究, 对PVSCTC-1进行改进后得到的PVSCTC-2样机模型的极限真空度和响应时间这两个主要性能指标在原有基础上都有不同程度地提高, 甚至超过了同级别的射流式真空发生器。在相同使用的情况下, 改进后的样机模型更加节省耗气量, 真空度达80 kPa 时的耗气量减少了约12.5% ,同时供给压力更低, 达到了本文的研究目的。

4、结论

  针对前文中设计的双活塞缸式气动真空发生器的性能不足, 本文从理论上对系统极限真空度和响应时间的主要影响因素进行了分析, 发现PVSCTC- 1 系统中的两个抽气单向阀是现阶段限制其系统性能提高的主要因素, 为此提出了以一个抽气换向阀替代原两个抽气单向阀的改进设计, 并通过试验研究对系统改进进行了验证。文中还分析了系统主要结构参数和工作参数对其主要性能的影响。通过与同级别的射流式真空发生器的主要性能对比, 结果表明, 在相同供给流量下, 本文研究的PVSCTC- 2 原型样机模型较同级别的射流式真空发生器达相同真空度时的耗气量减少了约12.5% , 供给压力更低, 有利于气动系统节能。

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