一文搞懂非标设备常用真空系统及真空元件

写在前面：真空技术应用越来越广泛，最具代表性的应用是超级高铁的真空隧道。在非标设备领域，最常见的是利用真空吸附工件，达到取放工件或固定工件的目的，另外就是用于气密性检知设备、形成真空环境完成真空贴附、真空溅镀、真空蒸镀等、以及真空包装、吸塑、真空管道输送等。本文以机械手用真空吸盘取放料为例对真空系统进行简单说明。

一、真空系统的组成

1、真空系统原理图

上图为机械手采用真空吸盘取放料时比较典型的真空系统原理图。具备真空开、真空关、破真空以及吹气功能。主要组成包含汇流板（有多组独立使用的吸盘时选用）、消音器、电磁阀、节流阀、真空发生器、真空过滤器、真空检知开关以及吸盘、管道、管接头等元件组成。真空元件是指真空发生器、真空过滤器、真空检知开关、吸盘等。

2、原理图分析说明

1）图中三位五通电磁阀的作用是改变气流方向，分别实现工件吸附（机械手取料）、吸附停止（机械手回程过程中）以及破真空及吹气（机械手放料）的功能。

很多工程师在设计时会选用两位三通或两位五通电磁阀，即省去了中间截止位，这样吸盘不是处于吸附状态就是处于破真空或吹气状态，在实际应用中在某些状态下会出现问题。当然在上图中电磁阀是可以省去中间位的，当二位五通阀（三位阀改二位阀）处于左侧位接通状态时，两位三通阀处于右侧截止状态即可。特别提醒：有多路真空系统共用同一块汇流板时，气压回路对真空系统的影响，注意防止气路串通的情况。

2）当三位五通电磁阀处于右侧导通位置时，气流流经节流阀后进入到真空发生器，真空发生器产生真空，当吸盘与工件形成相对密闭腔体时工件被吸附，完成机械手取料动作。

这里说相对密闭，是指不一定是完全密闭。实际运用中很多情况下都存在漏气状态，如材料为海绵、泡棉、喇叭网、带孔螺柱等一类的工件。除了选用适当的真空发生器，足以将工件可靠吸附外，真空检知开关选择也很重要。检验的标准就是在有工件吸附和无工件吸附的情况下，真空度的差异能被真空检知开关可靠检知到。

节流阀可以用来调节进入真空发生器气流的大小，调节真空度高低，从而达到调整吸盘吸附力大小的目的。

真空检知开关顾名思义是用来检知真空度高低的检知开关，当工件没有被吸附时，外部的气流不断补充进入到吸盘腔体内，腔体内真空不足以触发真空检知开关动作，当工件被吸附时，吸盘与工件之间形成相对密闭的腔体，真空度到达一定程度后，触发检知开关动作。所以真空检知开关常被用作判断工件是否被吸附的信号。

真空过滤器主要是防止外界的杂质被吸附到真空系统内部形成堵塞。

3）当三位五通电磁阀左侧导通时，如果此时

i)两位三通电磁阀左侧导通，气流会通过两位三通电磁阀、节流阀进入吸盘腔体内，吸盘腔体内的气压就会上升，真空被破坏，同时还有吹开工件的效果。其作用是解决机械手在上升过程中工件被带起来的现象。工件被带起原因包括a)机械手上升速度过快真空没有完全消除；b)静电吸附；c)磁性作用；d)粘性脏污。

节流阀的作用是用来调整吹气气流的大小，在取放小工件时效果尤其明显。

ii)当两位三通电磁阀右侧导通时，气流处于截止状态，真空吸盘腔体与大气直接导通，大气中的气体会进入到真空腔体内，使腔体内的气压与大气平衡，这时吸盘就会失去吸附力达到放工件的目的。这个过程常被称为破真空。

4）真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。真空是针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。真空常用帕斯卡(Pascal)或托尔(Torr)做为压力的单位。在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

真空系统可以看作是比较特殊的气动系统。所以在选用和使用相关元器件的时候，一要注意是否适合真空状态使用，另外就是现场安装要注意方向。

二、真空系统元器件介绍

1、真空发生器

真空发生器工作原理是利用喷管高速喷射压缩空气，在喷管出口形成射流的卷吸作用下，喷管出口周围的空气不断地被抽吸走而形成一定真空度。

真空发生器就是利用正压气源产生负压的一种新型、高效、清洁、经济、小型的真空元器件。真空发生器的应用使得在有压缩空气的地方，或在一个气动系统中同时需要正负压的地方获得负压变得十分容易和方便。

1）真空发生器的原理结构