專利名稱：節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種真空發(fā)生器，特別是一種節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器。
背景技術：
目前，常用的真空發(fā)生裝置有真空泵和真空發(fā)生器兩種。變容真空泵是工業(yè)上獲 得真空的主要設備之一，根據(jù)容積擴張原理，利用泵腔內活塞做往復或旋轉運動，使泵腔容 積的周期性變化來完成吸氣和排氣過程，從而產(chǎn)生一定的真空。典型的為活塞式真空泵，采 用電機或燃油發(fā)動機提供動力源，利用曲柄連桿機構驅動活塞往復運動，抽氣量級較高，整 體體積也較為龐大，而且需要鋪設專門的真空管路，適合于集中產(chǎn)生真空的場合，不適合小 型化和分布式使用的應用場合。真空發(fā)生器是分布式真空吸取系統(tǒng)的核心元件，根據(jù)拉瓦 爾噴管原理進行工作，利用壓縮空氣在噴管出口形成射流，不斷卷吸噴嘴出口周圍的空氣， 使得擴散腔內的氣體不斷地被抽吸走，從而產(chǎn)生一定的真空度，它使得在有壓縮空氣的地 方獲得真空變得十分方便。相比于真空泵來說，真空發(fā)生器因其真空響應速度快、結構簡 單、體積小、重量輕、安裝方便、適合于分散使用等優(yōu)點在自動化制造生產(chǎn)線、裝配生產(chǎn)線、 機器人等許多工業(yè)生產(chǎn)領域得到了廣泛的應用。但是，根據(jù)射流式真空發(fā)生器的工作原理， 壓縮氣體直接由入口噴向出口，而且在真空維持階段必須在較高的供給壓力下不間斷地供 氣，才能使真空口處達到并維持一定的真空度，使得耗氣量大、壓縮空氣使用效率低，這樣 勢必造成巨大的能量浪費。目前，許多國家的研究人員對利用容積擴張原理產(chǎn)生真空問題進行了相關研究。 例如CN94215624. 2、EP1618304 (Al)、CN01216156. X等，這類真空泵采用電機或燃油發(fā)動 機，利用曲柄連桿機構驅動活塞往復運動，使得整體體積龐大，需要鋪設專門的真空管路， 適合于集中產(chǎn)生真空的場合，不適合小型化和分布式使用的應用場合。雖然真空發(fā)生器適 合小型化和分布式使用，但是存在耗氣量大、效率低的問題。目前主要通過采用串聯(lián)式、并 聯(lián)式等結構的射流式真空發(fā)生器，通過在不同的工作階段切換不同直徑的噴嘴來降低耗氣 量，從而達到節(jié)約能源的目的。雖然這些結構上的改進使耗氣量有所降低，但是本質上還是 根據(jù)拉瓦爾噴管原理產(chǎn)生真空，并沒有克服其固有的缺點，在節(jié)能效果上并不十分理想。所 以，需要改變利用壓縮空氣射流產(chǎn)生真空的工作方式，才有可能使耗氣量顯著得到下降，實 現(xiàn)節(jié)能。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，根據(jù)容積擴張 原理，利用壓縮空氣驅動活塞往復運動，能夠在較低的供給壓力下迅速達到要求的真空度， 并且通過階梯式流量控制技術能夠有效地減少真空維持階段的耗氣量，滿足實際生產(chǎn)中對 快速響應和節(jié)約能源的雙重要求。實現(xiàn)本實用新型目的的技術解決方案為本實用新型節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā) 生器，包括真空發(fā)生部分和流量控制部分，真空發(fā)生部分包括驅動部分和真空部分，驅動部分和真空部分通過螺栓組裝在中控體的兩端，流量控制部分位于中控體內，流量控制部分 的流量控制閥與驅動部分的進氣換向閥連接；其中，驅動部分的驅動腔活塞和真空部分的 真空腔活塞通過主軸連接構成活塞組件，進氣換向閥或真空部分的抽氣換向閥利用活塞組 件運動到位后的機械碰撞推動第一進氣換向閥推桿、第二進氣換向閥推桿、第一抽氣換向 閥推桿和第二抽氣換向閥推桿從而切換進氣換向閥和抽氣換向閥，完成進氣、排氣過程。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在工作之初，由于采用低壓損結構的抽 氣換向閥、不等徑活塞和平衡氣道結構真空響應速度快；當達到一定的真空度后，通過流量 控制閥調整進氣通道的有效截面積，從而減小了空氣消耗量。這樣不僅達到了真空響應速 度快和節(jié)約能源的雙重目的，而且可以通過調整流量控制閥復位彈簧的預緊力設定開始節(jié) 流時的真空度，以適應不同應用場合的需要。同時，該結構利用活塞組件運動到位后的機械 撞擊進行進氣、排氣過程和真空抽取過程的切換，使系統(tǒng)能夠自動連續(xù)交替運行。

圖1為本實用新型節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的原理示意圖。圖2為本實用新型節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的真空發(fā)生部分結構示意圖。圖3為本實用新型節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的流量控制部分結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。結合圖1，本實用新型節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，包括流量控制部分和真空 發(fā)生部分，其中，真空發(fā)生部分包括驅動部分和真空部分。驅動部分包括驅動腔端蓋20、驅 動腔體21、驅動腔套筒22、驅動腔活塞23、進氣換向閥13、第一中控體端蓋26。所述的驅動 腔端蓋20、驅動腔套筒22、驅動腔活塞23構成了驅動部分的第一驅動腔1 ；驅動腔套筒22、 驅動腔活塞23、第一中控體端蓋26構成了驅動部分的第二驅動腔2 ；進氣換向閥13位于中 控體49中；所述的進氣換向閥13由第二進氣換向閥推桿44、第二進氣換向閥端蓋45、進氣 換向閥限位環(huán)46、進氣換向閥閥體47、進氣換向閥閥芯48、進氣換向閥復位彈簧50、第一進 氣換向閥推桿51、第一進氣換向閥端蓋52組成。進氣換向閥13利用驅動腔活塞23或真空 腔活塞36運動到位后的機械碰撞推動第一進氣換向閥推桿51或第二進氣換向閥推桿44 進而推動進氣換向閥閥芯48，從而切換第一驅動腔1和第二驅動腔2的進氣和排氣過程，使 之交替進行。所述的進氣換向閥復位彈簧50設置在進氣換向閥閥芯48內，使第一進氣換 向閥推桿51或第二進氣換向閥推桿44在驅動腔活塞23或真空腔活塞36結束機械碰撞狀 態(tài)后處于伸出狀態(tài)。其中，氣源18、流量控制閥3的供給流道62、進氣換向閥13的流道、位 于驅動腔體21的第二驅動腔進氣流道16和第一驅動腔進氣流道17以及第二排氣口 15構 成了驅動部分的氣流通道。結合圖2，其中，該真空部分包括真空腔端蓋37、真空腔體34、真空腔活塞36、排氣 單向閥11、12、抽氣換向閥4、第二中控體端蓋33、平衡氣道5、8。所述的真空腔活塞36、真 空腔體34、第二中控體端蓋33構成了真空部分的第一真空腔6 ；所述的真空腔活塞36、真 空腔體34、真空腔端蓋37構成了真空部分的第二真空腔7 ；為使結構緊湊，所述的抽氣換向 閥4位于中控體49中，所述的排氣單向閥11、12分別位于真空腔端蓋37和中控體49中，排氣單向閥11控制第二真空腔7的排氣，排氣單向閥12控制第一真空腔6的排氣。所述 的抽氣換向閥4由第一抽氣換向閥端蓋27、第一抽氣換向閥推桿28、抽氣換向閥閥芯29、 抽氣換向閥復位彈簧30、第二抽氣換向閥端蓋31、第二抽氣換向閥推桿32組成。所述的抽 氣換向閥13利用驅動腔活塞23或真空腔活塞36運動到位后的機械碰撞推動第一抽氣換 向閥推桿28或第二抽氣換向閥推桿32進而推動抽氣換向閥閥芯29，從而切換第一真空腔 6或第二真空腔7與真空口 19連通，使真空抽取連續(xù)交替進行。所述的抽氣換向閥復位彈 簧30設置在抽氣換向閥閥芯29內，使第一抽氣換向閥推桿28或第二進氣換向閥推桿32 在驅動腔活塞23或真空腔活塞36結束機械碰撞狀態(tài)后處于伸出狀態(tài)。所述的排氣單向閥 11由單向閥端蓋38、單向閥彈簧39、單向閥支撐環(huán)40、單向閥閥芯41、單向閥閥口 42組成， 當驅動腔活塞23向右運動時，第二真空腔7內的氣體被壓縮，與大氣的壓力差大于排氣單 向閥11的開啟壓力時，第二真空腔7內的氣體排出；當驅動腔活塞23向左運動時，第二真 空腔7處于抽氣狀態(tài)，單向閥彈簧39使單向閥閥芯41壓緊單向閥閥口 42，保證真空回路 的密封性。所述的排氣單向閥12與排氣單向閥11的結構相同。所述的平衡氣道5、8分別 位于第一真空腔6的左端和第二真空腔右端，當真空腔活塞36向右運動直到真空腔活塞36 上的0型密封圈35的左邊軸向側面與平衡氣道8的左邊線向吻合時，平衡氣道8開始起作 用，將第二真空腔7余隙容積中的殘留氣體通過平衡氣道8流入第一真空腔6中，其壓力逐 漸下降。當真空腔活塞36向右運動到行程終點時觸發(fā)進氣換向閥13換向，真空腔活塞36 開始向左運動，平衡氣道8此時仍起作用，繼續(xù)平衡真空腔活塞36兩側第一真空腔6、第二 真空腔8的壓力。當真空腔活塞36上的0型密封圈35左邊軸向側面與平衡氣道8的左邊 線再次吻合時，第一真空腔6、第二真空腔8的壓力均衡到某個值，此后，平衡氣道8不起作 用，真空腔活塞36繼續(xù)向左運動，第二真空腔中余隙容積的氣體開始膨脹后抽出連接的真 空容器中的部分氣體，真空口 19處的真空度逐漸上升。所述的平衡氣道5的原理與平衡氣 道8相同。通過平衡氣道5、8降低余隙容積氣體起始膨脹壓力的方法，可以增加每次抽氣 過程的抽氣量，提高真空響應速度從而減少真空響應時間。其中，驅動腔活塞23和真空腔 活塞36由主軸25連接構成活塞組件，并且驅動腔活塞23的直徑小于真空腔活塞36的直 徑。在供給流量一定的情況下，采用不等徑活塞結構，將驅動腔活塞23的直徑設計成小于 真空腔活塞36的直徑，可提高活塞的往復運動速度，從而提高真空響應時間。其中，所述的 真空口 19、抽氣換向閥4的流道、位于真空腔體37的第二真空腔抽氣流道9和第一真空腔 抽氣流道10以及第一排氣口 14構成了真空部分的氣流通道。 結合圖3，所述的流量控制部分位于中控體49中，包括端蓋55、彈性膜片56、閥芯 冒57、復位彈簧58、限位螺母60、閥芯61。其中，與真空吸盤連接的真空口 19與真空反饋 口 59相連接，當真空吸盤處超過一定的真空度時，彈簧膜片56上面的大氣口 54和下面的 真空反饋口 59形成一定的壓力差，克服復位彈簧58的預緊力使閥芯61向下運動，逐漸減 少供給流道62的等效流通面積，減少供給流量大小，從而起到節(jié)流的作用。開始節(jié)流時的 真空度可以通過調節(jié)復位彈簧58的預緊力來設定，當真空口 19處的真空度下降或解除真 空時，復位彈簧58將閥芯61復位。所述的閥芯61的上部分采用螺紋結構，安裝有限位螺 母60，可限制閥芯61下降的最低位置，即限制最低供給流量的大小，以保證系統(tǒng)的正常持 續(xù)運行。所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的全部零件均采用鋁合金材料，彈簧、密封 圈及標準件除外。
6[0014] 本發(fā)明的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器的工作過程為在氣源入口處供給一定 壓力的氣體，氣源通過流量控制閥3、進氣換向閥13進入第二驅動腔2，驅動活塞組件向左 運動，第一驅動腔1中氣體也通過進氣換向閥13由第二排氣口 15排向大氣。此時，第二真 空腔7內氣體局部容積擴張，形成一定的真空，通過抽氣換向閥4開始抽出連接管路或真空 容器中的部分氣體；同時，第一真空腔6中的氣體被壓縮，直到與大氣的壓力差大于腔室對 應的排氣單向閥12開啟壓力時，將其中的氣體排出。當真空腔活塞36向左運動到行程末 端時，平衡氣道5起作用，真空腔活塞36左端面推動第二進氣換向閥推桿44使之換向，完 成驅動腔室充氣和排氣過程的切換，氣源氣體開始流入第一驅動腔1，驅動活塞組件向右運 動，第二驅動腔2中上次行程中充入的氣體此時也通過進氣換向閥13由排氣口 15排向大 氣。同時，真空腔活塞36左端面推動第二抽氣換向閥推桿32切換抽氣換向閥4與第一真 空腔6連接，第一真空腔6容積擴張產(chǎn)生局部真空，再次抽出連接管路或真空容器中的部分 氣體，進一步提高真空口處的真空度；與此同時，第二真空腔7中上次行程中已抽出的氣體 被壓縮后再通過排氣單向閥11排出。當活塞向右運動到行程末端時，平衡氣道8起作用， 同時使進氣換向閥13、抽氣換向閥4再次換向，如此反復循環(huán)，不斷地提高真空口處的真空 度。當達到一定的真空度時，流量控制閥3開始調節(jié)進氣流量，最終使被抽真空容器達到極 限真空度。
權利要求一種節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于包括真空發(fā)生部分和流量控制部分，真空發(fā)生部分包括驅動部分和真空部分，驅動部分和真空部分通過螺栓組裝在中控體[49]的兩端，流量控制部分位于中控體[49]內，流量控制部分的流量控制閥[3]與驅動部分的進氣換向閥[13]連接；其中，驅動部分的驅動腔活塞[23]和真空部分的真空腔活塞[36]通過主軸[25]連接構成活塞組件，進氣換向閥[13]或真空部分的抽氣換向閥[4]利用活塞組件運動到位后的機械碰撞推動第一進氣換向閥推桿[51]、第二進氣換向閥推桿[44]、第一抽氣換向閥推桿[28]和第二抽氣換向閥推桿[32]從而切換進氣換向閥[13]和抽氣換向閥[4]，完成進氣、排氣過程，使之交替進行。
2.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于驅動部分包 括驅動腔端蓋[20]、驅動腔體[21]、驅動腔套筒[22]、驅動腔活塞[23]、進氣換向閥[13]、 第一中控體端蓋[26]，驅動腔套筒[22]位于驅動腔體[21]的內部，與驅動腔端蓋[20]和 第一中控體端蓋[26]依次排列構成驅動腔，驅動腔活塞[23]位于驅動腔套筒[22]內將驅 動腔分隔為第一驅動腔和第二驅動腔；進氣換向閥[13]位于中控體[49]的中間，進氣換向 閥閥芯[48]與進氣換向閥復位彈簧[50]位于進氣換向閥閥體[47]內，第二進氣換向閥推 桿[44]、第二進氣換向閥端蓋[45]與第一進氣換向閥推桿[51]、第一進氣換向閥端蓋[52] 分別位于進氣換向閥閥體[47]的兩端；所述的流量控制閥[3]的供給流道[62]與進氣換 向閥[13]的流道相連接，位于中控體[49]的內部，與位于驅動腔體[21]內部的第二驅動 腔進氣流道[16]和第一驅動腔進氣流道[17]以及第二排氣口 [15]相連接，構成了驅動部 分的氣流通道。
3.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于所述的真空 部分包括真空腔端蓋[37]、真空腔體[34]、真空腔活塞[36]、排氣單向閥[11、12]、抽氣換 向閥[4]、第二中控體端蓋[33]、平衡氣道[5、8]，真空腔端蓋[37]、真空腔體[34]與第二 中控體端蓋[33]依次排列構成真空腔，真空腔活塞[36]位于真空腔體[34]內將真空腔 分隔為第一真空腔[6]和第二真空腔[7]；所述的抽氣換向閥[4]位于中控體[49]的內 部，包括抽氣換向閥端蓋[27]、第一抽氣換向閥推桿[28]、抽氣換向閥閥芯[29]、抽氣換 向閥復位彈簧[30]、第二抽氣換向閥端蓋[31]、第二抽氣換向閥推桿[32]，抽氣換向閥復 位彈簧[30]位于抽氣換向閥閥芯[29]內，第一抽氣換向閥端蓋[27]、第一抽氣換向閥推 桿[28]與第二抽氣換向閥端蓋[31]、第二抽氣換向閥推桿[32]分別位于抽氣換向閥閥芯 [29]的兩端；所述的排氣單向閥[11]位于真空腔端蓋[37]內，排氣單向閥[12]與排氣單 向閥[11]的結構相同，位于中控體[49]內部，平衡氣道[5、8]分別位于第一真空腔[6]的 一端和第二真空腔[7]的一端；其中，真空口 [19]、抽氣換向閥[4]的流道相連接位于中控 體[49]的內部，與位于真空腔體[37]的第二真空腔抽氣流道[9]和第一真空腔抽氣流道 [10]以及第一排氣口 [14]相連接構成了真空部分的氣流通道。
4.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于流量控制部 分包括端蓋[55]、彈性膜片[56]、閥芯冒[57]、復位彈簧[58]、限位螺母[60]、閥芯[61]， 端蓋[55]位于彈性膜片[56]的上方與中控體[49]通過螺栓相連接，閥芯冒[57]與閥 芯[61]相連接位于彈性膜片[56]的下方，限位螺母[60]通過螺紋與閥芯連接，復位彈簧 [58]套在閥芯上；其中，與真空吸盤連接的真空口 [19]與真空反饋口 [59]相連接，當真空 吸盤處超過一定的真空度時，彈簧膜片[56]上面的大氣口 [54]和下面的真空反饋口 [59]形成一定的壓力差，克服復位彈簧[58]的預緊力使閥芯[61]向下運動。
5.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于抽氣換向閥 [4]采用低壓損結構，減少抽氣過程的局部壓力損失。
6.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于在第一真空 腔[6]、第二真空腔[7]設置平衡氣道[5、8]以降低腔室內氣體膨脹的起始壓力。
7.根據(jù)權利要求1所述的節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，其特征在于驅動腔活塞 [23]的直徑小于真空腔活塞[36]的直徑。
專利摘要本實用新型公開了一種節(jié)能型雙活塞式氣動真空發(fā)生器，包括真空發(fā)生部分和流量控制部分，真空發(fā)生部分包括驅動部分和真空部分，驅動部分和真空部分通過螺栓組裝在中控體的兩端，流量控制部分位于中控體內，流量控制部分的流量控制閥與驅動部分的進氣換向閥連接；其中，驅動部分的驅動腔活塞和真空部分的真空腔活塞通過主軸連接構成活塞組件，進氣換向閥或真空部分的抽氣換向閥利用活塞組件運動到位后的機械碰撞推動第一進氣換向閥推桿、第二進氣換向閥推桿、第一抽氣換向閥推桿和第二抽氣換向閥推桿從而切換進氣換向閥和抽氣換向閥，完成進氣、排氣過程，使之交替進行。本實用新型能夠在較低的供給壓力下迅速達到要求的真空度，并且通過階梯式流量控制技術能夠有效地減少真空維持階段的耗氣量，滿足實際生產(chǎn)中對快速響應和節(jié)約能源的雙重要求。
文檔編號F04B53/14GK201582076SQ20092028349
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者孫中圣, 李小寧, 滕燕, 潘孝斌, 路建萍 申請人:南京理工大學