真空发生器在自动化设备中运用分析

真空发生器在自动化设备中运用分析
2沈阳瑞晟智能装备有限公司辽宁沈阳 110000
摘要：在产业结构急速变更、市场经济高度繁荣的背景下，各行业领域正式迎来智能化、自动化发展新契机，各种新兴机械设备持续涌现出来，型式结构更加多样且用途更加广泛。

真空发生器作为其中极富代表性的元器件类型，高效、清洁、小型等优势十分明显，在包装机械、食品机械等的制造中均得到了广泛应用，本文聚焦于此，就其运作原理，性能特征以及实践应用策略进行展开论述。

关键词：真空发生器；自动化设备；压缩空气
前言：伴随时代变更、科技进步，我国各行业领域生产效能显著提高，传统真空泵结构繁琐、响应时间长等问题逐渐暴露出来，很难适应当前自动化、高效化发展趋势，机械可靠性、稳定性均受到了一定影响。

而真空发生器的诞生、完善很好地改变了该种局面，其环保性能好、真空度高，能够完美应对多种场景下的吸附、搬运需求，因此对其展开原理及应用策略探究是十分有必要的。

1真空发生器结构及运作原理
真空发生器具有强大的压力环境转换功能，可以将正压气源作为动力，生产制造出高度负压环境，其内部结构大致可分为三个部分，其中喷管能够为压缩空气的高速流通提供渠道，使之在喷射状态下产生射流并形成卷吸效应。

在该种效应影响下，喷管周边空气持续减少，吸附腔内压力持续下降，一直达到大气压以下水平，即标志着真空空间的形成。

根据流体力学相关原理分析，不可压缩空气气体的连续性方程应为[1]：
其中A
1、A
2
表示通道截面面积，v
1
、v
2
则代表气流流速。

因此其他条件不变时，
管道截面越大，流速越小，反之亦然。

在水平管路分析中，则可以引入不可压缩空气的伯努里方程[2]，即：
其中P
1、P
2
代表通道截面处压力；v
1
、v
2
则代表截面处流速；ρ代表空气密
度。

因此，当其他条件不变时，真空系统内流速越大，压力会相应降低，若v
2
持
续增大，P
2
终会低于大气压水平，进而产生负压环境。

2真空发生器性能参数及影响因素
真空发生器实际用途不一，装配机械不同，因此综合性能参数也存在较大差异，通常可以借助以下几个指标进行客观评估，其一是空气消耗量，即空气喷射流量，这与喷管横截面积息息相关；其二是真空流量，即吸附口吸入流量；其三是真空度，能够客观描述真空腔、大气压力之间的差值情况，选型时要重点关注最大真空度问题；其四是吸附相应时间，通常以换向阀开启为起点，至系统回路中达到既定真空度为终点计算，对发生器整体性能要求较高。

影响这些参数的因素较多，喷管最小通径、气源压力大小等均是常见指标，如果以某台真空发生器为基准设计实验，会发现其真空度、真空流量等参数之间是存在一定相关性的（如图1），起始阶段四者均呈上升趋势，供给压力增加达到0.45MPa时，真空度、吸入流量均达到峰值，若供给压力继续增大，装置真空度曲线则发生明显扭转，开始出现下降走向，同时真空流量升速放缓，吸入流量减少。

图1真空发生器排气特征图
此外，吸附响应时间同样是关键衡量指标，其与发生器吸附腔容积有极大关联，计算公式为：
其中t代表吸附响应时间；V则表示发生器运作过程中，发生的抽吸空气总量；c代表严密系数，通常用于描述吸盘吸附情况；a则代表响应系数。

从式中
不难发现，当其他条件固定时，较小的吸附腔容积有助于缩短响应时间，提升吸
盘严密程度，同样可以减少响应耗时。

基于此，真空发生器选用标准就十分明确了，应当在综合分析吸附面构造的
基础上，精准估计吸入真空流量，进而推测适宜的喷管通径，如果发生器本身的
吸附容积较大，且运作环节对响应速度要求较高，那么最小通径数值要适当放大，反之则适当减小。

同时，从排气特征曲线上看，发生器选用时还应适当降低空气
消耗量指标，耗气量较大的装置对工作压力要求较高，但压力到达一定标准后，
真空度并不会无限上升，容易造成能源的浪费。

3真空发生器实践应用情况
真空发生器综合性能优良，在医疗机械、食品机械等的生产中均有十分广泛
的应用，本文以自动贴标机优化改造为例，简要阐述其实际应用情况。

机械主要
负责标识的张贴，自动化运作环节借助真空发生器运送轻薄物料，塑料袋、标签
等均借助吸盘装置产生位移。

设备前端配有标签盒，机械开启后吸标转鼓产生负压，从盒中抽取空白标签，进而送入打码器中标识相关信息，生产日期等标识完
毕后，转入另一贴标转鼓中，进行胶水粘附工作，最后贴在产品外包装上，完成
单个产品的贴标工作，系统中两转鼓构件均采用了真空发生技术。

但旧有模式中，主要采用真空泵制造负压状态，泵体本身占据空间较大，使
用时还需要额外配备电磁阀等器件，整个结构较为复杂，故障机率高且检修难度大，间接增加了运营成本。

同时，真空泵通常装设于机械底部，距离前端的转鼓
位置较远，在一定程度上延长了响应时间，制约了包装效率的提升。

基于此采用
真空发生器对其进行改造，改造后回路结构可见图2。

设备运行环节，系统直接
接入本机气源，并在电磁阀作用下，实现气路通断控制，并间接牵动吸盘作业。

结构体积大为缩小，布局难度明显降低，发生器与转鼓之间距离拉近，响应时间
由此缩短，经检测缩短幅度可达0.5s左右，产品生产包装效率有所提升。

图2真空发生器系统回路图
1干燥过滤器；2调压阀；3电磁阀；4真空发生器；
5消音器；6空气过滤器；7吸盘
结论：综上所述，真空发生器优点良多，可以较好地规避真空泵体积笨重，
布局困难且维修成本高的弊端，有助于提升系统响应速度，保障较好的真空度，
实践环节要正视其优势特征，结合实际生产需求、吸附面构造等，选择真空流量、喷管通径较为适宜的发生器装置，减少压力源无功耗能，凸显系统自动化、智能
化发展趋势的同时，达成节能减排、经济增收的长远目的。

参考文献：
[1]王中医,姜鹏,李忠毅.负压输送中真空发生器真空度特性分析[J].机械制造与自动化,2021,50(05):200-202+214
[2]沈亮涵,张少飞.真空发生器在注射模中的应用[J].模具制造,2021,21(06):33-35.。