Вакуум из сжатого воздуха: как устроен эжектор

Там, где деталь нужно поднять без механического захвата, вакуум чаще получают не насосом, а небольшим устройством, которое питается той же сжатой сетью, что и остальная пневматика. Это эжектор: внутри у него нет ни одной подвижной детали, а разрежение создаётся только за счёт скорости потока воздуха. Разберём, как это работает и от чего зависят глубина вакуума и время откачки.

Как из сжатого воздуха получается разрежение

Сердце эжектора — сопло Лаваля: короткий канал, который сначала сужается, а затем снова расширяется. Сжатый воздух в самом узком сечении разгоняется до звуковой скорости, а в расширяющейся части продолжает ускоряться уже в сверхзвуковой области. Быстрый поток имеет низкое статическое давление: разгоняясь, струя «отдаёт» давление в обмен на скорость.

Струя вылетает из сопла в приёмную камеру и уходит в канал выхлопа. Камера соединена с вакуумным портом, и именно в неё подсасывается воздух из присоски. Захваченный воздух смешивается с рабочей струёй и выбрасывается наружу. Пока подано питание, процесс идёт непрерывно.

Ключевой размер — диаметр критического сечения. В генераторах вакуума и эжекторах каталога он лежит в пределах от 0,7 до 2,5 мм, а само сопло выполнено из латуни — материала, стойкого к эрозии от постоянного скоростного потока.

Глубина вакуума и скорость откачки

• Максимальный вакуум — предельное разрежение на закрытом порте. Встречаются исполнения на 55 %, 89 % и 90 % от полного вакуума. Параметр определяет силу прижатия присоски: чем глубже разрежение, тем больше перепад давления на площади захвата.
• Максимальная скорость всасывания — объём воздуха, откачиваемый в единицу времени и приведённый к атмосферному давлению. У представленных моделей это 14, 21 и 38 л/мин. От неё зависит время выхода на режим и запас по неплотностям.

Компромисс между ними закладывается конструкцией. Модели с высоким процентом вакуума хорошо держат гладкие непроницаемые заготовки, а исполнения с меньшей глубиной, но большей производительностью выигрывают на пористых материалах — картоне, необработанной древесине, тканых упаковках, где воздух подсасывается сквозь саму деталь.

Давление питания у базовых моделей нормируется на уровне 5 бар. Отклонение вниз или вверх одинаково вредно: струя перестаёт корректно работать в сопле, и характеристики падают.

Два конструктива: магистральный и корпусной

В разделе базовых вакуумных эжекторов представлены обе схемы. Магистральный встраивается прямо в разрыв трубопровода и похож на удлинённый переходник: длина 35 мм, высота около 29,8 мм, масса 15 г, под ключ шестигранник 17 мм. Его ставят вплотную к захвату — пример такого исполнения Camozzi VED-07 с присоединением 1/4.

Корпусной — самостоятельный блок с раздельными портами питания, вакуума и выхлопа. Он крупнее (длина 97 и 161,5 мм, масса до 0,295 кг), зато на нём удобнее разместить глушитель и обвязку; так устроен Camozzi VEB-25L. Корпуса выполняют из алюминия, у отдельных моделей — из технополимера, что снижает массу подвижной части манипулятора.

Почему объём линии важнее, чем кажется

Время выхода на рабочее разрежение определяется отношением откачиваемого объёма к скорости всасывания, а откачивать приходится не только присоску, но и всю трубку до неё. Объём самих присосок в разделе вакуумных захватов лежит в диапазоне от 0,002 до 77,8 см³ — четыре порядка разницы между мелкой плоской присоской и крупным сильфонным захватом. Отсюда правило: эжектор ставят как можно ближе к захвату.

Сила отрыва при 60 % вакуума у захватов каталога меняется от 0,1 до 540 Н в зависимости от диаметра (3,5–120 мм) и формы. Круглые плоские присоски работают по жёстким гладким поверхностям, сильфонные с 1,5 и 2,5 гофрами компенсируют перекос и подхватывают деталь на подлёте — например, Camozzi VACL-200S. Силикон допускает кратковременный нагрев до +220 °C, NBR — до +120 °C.

Эжектор или вакуумный насос

Насос — электромеханическая машина с приводом и отдельной точкой обслуживания. Эжектор — деталь без движущихся частей, которая включается тем же пневмораспределителем, что и остальная автоматика. Отсюда границы применимости.

Главный минус эжектора — он потребляет сжатый воздух всё время, пока включён. В схемах с долгим удержанием груза его дополняют логикой периодического подкачивания либо уступают место насосу.

Что ещё нужно в вакуумной линии

Одного эжектора мало. В разделе вакуумной техники к нему прилагается обвязка:

• Клапаны безопасности серии MC — аппараты 3/2 в алюминиевом корпусе с уплотнениями NBR и присоединениями 1/4, 3/8 и 1/2, рассчитанные на диапазон от разрежения −0,8 бар до 10 бар избыточного. Они удерживают контур при пропадании питания.
• Монтажные кронштейны и скобы — жёсткая, но регулируемая посадка захвата относительно детали.
• Фильтрация на вакуумной стороне: вместе с воздухом от заготовки летят пыль и волокна, а сопло диаметром меньше миллиметра засоряется быстро.

Порядок подбора

1. Оцените массу детали и характер поверхности — гладкая или пористая. Отсюда следует, что важнее: глубина вакуума или скорость всасывания.
2. Подберите присоски по силе отрыва с запасом на ускорения манипулятора и возможный перекос, зафиксируйте их суммарный объём.
3. Прибавьте объём трубок и по требуемому времени откачки определите нужную скорость всасывания.
4. Выберите типоразмер сопла и присоединения, сверив давление питания с тем, что даёт магистраль.
5. Добавьте клапан безопасности, фильтрацию и продумайте принудительный сброс вакуума при отпускании детали.

Пройденные по порядку, эти шаги дают предсказуемый узел: расчётное время цикла совпадает с фактическим, а деталь не срывается на разгоне.