活塞式真空發(fā)生器改進(jìn)及真空響應過(guò)程仿真

         上節中（雙活塞缸式氣動(dòng)真空發(fā)生器改進(jìn)設計的理論依據）通過(guò)對系統極限真空度和響應時(shí)間的分析, 發(fā)現了現階段限制系統主要性能提高的主要原因。因此, 本文提出了采用一個(gè)抽氣換向閥來(lái)替代原有兩個(gè)抽氣單向閥的改進(jìn)設計, 改進(jìn)后的系統工作原理如圖2 所示, 命名為PVSCTC- 2。

1.動(dòng)力腔Ⅰ 2.動(dòng)力腔Ⅱ 3.真空腔Ⅰ 4.真空腔Ⅱ 5.真空容器 6.真空吸盤(pán) 7.抽氣換向閥 8.驅動(dòng)換向閥

圖2 改進(jìn)后的系統工作原理

       活塞式真空發(fā)生器的抽氣過(guò)程采用抽氣換向閥控制時(shí), 不僅消除了抽氣流道中原抽氣單向閥開(kāi)啟壓力的損失, 也克服了抽氣過(guò)程抽氣有效面積逐漸減小的不利影響, 有利于提高系統極限真空度、減少響應時(shí)間。但在PVSCTC- 2型中依然保留了原兩個(gè)排氣單向閥, 這是因為若同樣以換向閥取代兩排氣單向閥, 雖然可使真空腔排氣時(shí)余隙容積氣體壓力有所降低, 也減少了回流氣體產(chǎn)生的真空壓力波動(dòng), 但當活塞反向運動(dòng)時(shí),大氣氣體也將流入上一次行程中的抽氣腔內, 反而增加了活塞運動(dòng)時(shí)的阻力, 不利于往復運動(dòng)速度的提高, 從而也影響系統的有效抽速; 另外, 若突然停止氣源供氣, 活塞很可能最終停留在行程的一側, 使抽氣換向閥處在換向過(guò)程中, 這樣就不能保證真空腔室與真空容器連接的密閉性, 不能維持住真空吸盤(pán)處原有的真空度, 導致吸取的工件脫落。所以, 為了避免上述兩點(diǎn)不利影響, 保留了原有兩個(gè)排氣單向閥。

       但是, 在此改進(jìn)的同時(shí), 也隨之帶來(lái)了不利的影響。由于在具體結構設計時(shí), 抽氣換向閥是位于動(dòng)力腔室和真空腔室之間, 靠外側的真空腔室Ⅱ在抽氣時(shí)需繞過(guò)整個(gè)真空腔體, 不可避免使得余隙容積增大, 這對系統極限真空度有不利影響, 也增大了真空容器中壓力波動(dòng)。在具體零部件結構設計前, 先對系統進(jìn)行了仿真研究, 主要參數如下: 動(dòng)力腔直徑40 mm, 真空腔直徑40 mm, 活塞桿直徑8 mm, 行程40 mm,供給壓力0.15 MPa。

       圖3 為系統結構改進(jìn)前后的真空響應過(guò)程對比。仿真結果表明, PVSCTC- 2 在系統極限真空度和響應時(shí)間這兩項主要性能指標上都有一定程度提高。同時(shí), 圖3 中PVSCTC- 2的真空響應過(guò)程也的確出現之前分析的氣體回流產(chǎn)生的真空度波動(dòng)現象, 這是由結構設計所造成的, 無(wú)法避免, 只能通過(guò)盡可能減小真空腔室的余隙容積來(lái)減小波動(dòng)。

圖3 系統改進(jìn)前后真空響應過(guò)程仿真結果對比