快速响应低耗气真空集成元件的研究

论文摘要

以真空发生器为真空产生装置的气动真空系统由于其独特的优点正日益广泛地应用于工业自动化中。但是，当前这种气动真空系统大多都存在着响应时间和耗气量的矛盾。目前研发的一种分离式双喷嘴真空系统，解决了高响应和低耗气的矛盾。但是该系统存在结构较为复杂、体积较大、可靠性不高、成本较高等不足。因此，研究出一种既能够实现高响应、低能耗，同时还具有结构简单、小型化、集成化、成本低等特点的新型快速响应低耗气真空集成元件就具有重要的实际意义和应用价值。论文提出一种快速响应低耗气真空集成元件，利用膜片检测真空反馈信号来实现系统的切换控制，主要研究内容包括：(1)针对快速响应、大流量切换的实际需要，研究了一种低压高灵敏度的膜片检测真空反馈、导阀控制和主阀控制分离的切换控制阀结构，该结构具有响应快，能可靠实现对喷嘴大流量切换控制的特点；(2)为了进行系统性能分析和结构参数的优化，建立了切换控制阀先导部分和主阀部分的气动控制动态模型，并通过仿真分析了系统的工作特性，为切换阀结构参数的优选和后续的试验打下了基础；(3)为了深入研究切换控制阀的工作特性，对切换控制阀进行了基本性能测试，试验表明切换控制阀能够可靠实现系统从大流量到小流量的切换，同时由试验结果发现切换控制阀先导部分的结构参数是影响系统性能的主要因素；(4)进行了快速响应低耗气真空集成元件的集成研究，并通过试验比较分析了其主要性能指标。研究表明，与单喷嘴真空系统相比，在气源供给压力为0.45MPa时，快速响应低耗气真空集成元件的响应时间缩短了27％，15s内空气消耗量减少了16.1％，并随着时间的延长相对耗气量减少越显著，因而快速响应低耗气真空集成元件具有快速响应、低耗气的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 气动真空系统的特点及应用
• 1.2 本课题研究背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 2 新型先导式切换控制阀的结构研究
• 2.1 分离式双喷嘴真空系统工作原理及性能分析
• 2.1.1 真空发生器的工作原理
• 2.1.2 分离式双喷嘴真空系统工作原理分析
• 2.1.3 分离式双喷嘴真空系统性能分析
• 2.2 快速响应低耗气真空集成元件的功能需求分析
• 2.3 切换控制阀结构方案研究
• 2.3.1 直接反馈切换方案
• 2.3.2 先导反馈切换方案Ⅰ
• 2.3.3 先导反馈切换方案Ⅱ
• 2.3.4 方案比较与选择
• 2.4 切换控制阀结构设计
• 2.4.1 双喷嘴先导式切换控制阀总体结构设计
• 2.4.2 膜片结构形式及固定方式分析
• 2.4.3 切换控制阀的密封研究
• 2.5 小结
• 3 切换控制阀动态模型研究和仿真分析
• 3.1 系统工作原理
• 3.2 先导部分数学模型
• 3.2.1 先导阀芯膜片组件动力学分析
• 3.2.2 先导阀芯膜片组件左腔（真空腔）热力学分析
• 3.3 切换部分数学模型
• 3.3.1 切换阀芯动力学分析
• 3.3.2 切换阀芯左腔热力学分析
• 3.4 系统理论耗气量
• 3.5 系统仿真
• 3.6 小结
• 4 双喷嘴先导式切换控制阀基本性能测试
• 4.1 试验硬件组成
• 4.2 先导部分测试
• 4.2.1 试验内容及方案
• 4.2.2 先导部分基本性能测试
• 4.2.3 影响先导阀芯运动的因素
• 4.3 切换部分测试
• 4.3.1 试验内容及方案
• 4.3.2 切换阀芯性能测试
• 4.4 整体性能测试
• 4.4.1 试验内容及方案
• 4.4.2 基本性能测试
• 4.4.3 主要结构参数对系统整体性能的影响
• 4.5 小结
• 5 快速响应低耗气真空发生元件集成及试验比较
• 5.1 概述
• 5.2 快速响应低耗气真空集成元件整体集成
• 5.2.1 试验集成设计
• 5.2.2 产品集成设计
• 5.3 试验对比分析
• 5.3.1 响应时间比较分析
• 5.3.2 耗气量比较分析
• 5.3.3 经济性比较分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献