真空元件流阻对射流式真空发生器流量特性的影响研究

　　射流式真空发生器抽吸侧通常安装有真空检测元件和控制元件等，以实现自动吸着、实时检测等功能。但是，真空检测元件和控制元件等气动真空元件的流阻会导致其流量特性发生改变，并伴随延长吸着响应时间。为了定量地描述气动真空元件的流阻对真空发生器流量特性的影响，该课题先采用等温容器对真空发生器静态流量特性进行了测量，并结合小孔流量特性的表达式，推导出存在流阻时真空输出端压力与流量关系的数学表达式；再根据真空回路中流量与压力的物理关系，提出了判断流阻对抽吸流量影响程度的无量纲数Gr* ；接着，测试真空输出端压力响应特性，并将根据真空输出端压力与流量关系的数学表达式和容腔放气模型得到的压力响应仿真曲线进行比较，得出测试曲线与仿真曲线相吻合；最后，对压力响应曲线进行无量纲化处理，指出无量纲数Gr* 的大小既能反映出流阻对流量特性的影响程度，又能帮助判断吸着响应时间的长短，在设计真空发生器回路时，可以参考Gr* 选择合适的气动真空元件，简便有效。

　　1、引言

　　由压缩空气驱动的真空发生器是气动系统中重要的真空源，具有经济耐用、清洁环保等优点，近年来得到了广泛的应用。在自动吸着、灵巧搬运等操作中发挥了重要作用。真空发生器产品出厂时均会测定静态抽吸流量，即抽吸流量随压力变化的关系，并提供容腔的压力时域响应特性等动态参数。然而，这些参数往往与实际测量值有偏差，这是因为真空发生器抽吸侧通常安装有真空切换阀等元件，以实现自动控制等功能。这些检测元件和控制元件的流阻会导致其流量特性发生改变，并影响动态响应参数。

图1 真空发生器回路简化图

　　图1 是真空发生器回路示意图。真空发生器以压缩空气为气源，抽吸侧安装有真空元件，真空输出端连接容器或吸盘，可以获得真空容器。当真空元件存在流阻时，真空输出端压力值pc不同于真空发生器抽吸口压力值pet，真空发生器的静态流量特性将发生改变。由于容腔动态压力响应与真空发生器静态流量特性密切相关，因此动态响应参数也会发生变化。因此，在设计真空发生器回路时，采用科学而有效的设计方法，合理选择气动真空元件十分必要。然而，目前对真空回路元件选型方法的研究仅仅局限于定性的分析，对于元件选型和回路设计的指导作用十分有限。若要使真空发生器回路发挥其最大的潜能，实现最优的静态特性，必须要遵循真空发生器与其他元件的流量特性相匹配的原则，并在设计回路时即对回路的静态特性和动态特性作有效的分析、计算和测量。因此，本文分析了真空回路流阻对回路静态特性和动态响应时间的影响，并给出了定量计算表达式。

　　结论

　　本文分析了气动真空元件的流阻对真空发生器回路静态特性和动态特性的影响。采用等温容器法对真空发生器抽吸流量进行了测量，并结合小孔流量特性的关系式，推导出存在流阻时真空输出端压力与流量关系数学表达式，进而根据真空回路中流量与压力的物理关系，提出无量纲数G*r，以判断真空发生器与真空元件的流量匹配程度。