สุญญากาศสุดท้ายของปั๊มไม่มีน้ำมันมีเพียง 90 kPa แล้วยังดูดจับชิ้นงานได้อย่างไร

ในตารางการเลือกขนาด V3, V8, V10 และ V16 ระบุสุญญากาศสุดท้ายไว้ที่ 90 kPa หลายคนเห็นตัวเลขนี้แล้วมักสงสัยก่อนว่า ไม่ถึงหนึ่งบรรยากาศจะดูดสิ่งของได้หรือ หัวดูดบนสายการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ หัวหยิบวางของเครื่องบรรจุเทป และปลายแขนกล งานจำนวนมากเกิดขึ้นจากปั๊มระดับนี้ ปัญหาไม่ได้อยู่ที่ปั๊ม แต่อยู่ที่วิธีคำนวณแรงดูด

90 kPa คือระดับสุญญากาศ ไม่ใช่การดูดอากาศออกไป 90%

90 kPa ในตารางหมายถึงระดับสุญญากาศเทียบกับบรรยากาศ เมื่อเทียบกับความดันบรรยากาศมาตรฐาน 101.3 kPa ความดันสัมบูรณ์ที่ปากปั๊มจะอยู่ที่ประมาณ 11 kPa หน้าสินค้าระบุ “ระดับสุญญากาศใช้งาน 85 kPa” ควบคู่กัน หมายความว่าในการทำงานต่อเนื่อง ปากปั๊มจะรักษาระดับไว้ที่ประมาณ 16 kPa สัมบูรณ์ ตัวเลขสองค่าต่างกัน 5 kPa ส่วนต่างนี้คือการสูญเสียความดันในท่อและการรั่วของหัวดูด — ค่าสุดท้ายตามที่ระบุจะอ่านได้เมื่ออุดปากทางเข้าอากาศเท่านั้น

แรงที่หัวดูดได้รับขึ้นอยู่กับความต่างของความดันและพื้นที่รับแรงเท่านั้น:

F = ΔP × A

หัวดูด φ50 มีพื้นที่ 19.63 cm² ที่ระดับสุญญากาศ 60 kPa คิดความต่างความดันเป็น 60 kPa จะได้ F = 0.001963 m² × 60000 Pa ≈ 118 N หรือประมาณ 12 kgf นี่คือค่าในทางทฤษฎี ด้านล่างจะไล่ตามขนาดปากหัวดูด:

ขนาดปากหัวดูด	พื้นที่ประสิทธิผล	ที่ระดับสุญญากาศ 60 kPa	ที่ระดับสุญญากาศ 85 kPa
φ20	3.14 cm²	18.8 N / 1.9 kgf	26.7 N / 2.7 kgf
φ30	7.07 cm²	42.4 N / 4.3 kgf	60.1 N / 6.1 kgf
φ40	12.57 cm²	75.4 N / 7.7 kgf	106.8 N / 10.9 kgf
φ50	19.63 cm²	117.8 N / 12.0 kgf	166.9 N / 17.0 kgf
φ80	50.27 cm²	301.6 N / 30.7 kgf	427.3 N / 43.6 kgf
φ100	78.54 cm²	471.2 N / 48.0 kgf	667.6 N / 68.1 kgf

ตารางเดียวกันถ้าคำนวณที่ 85 kPa ค่าจะคูณด้วย 1.42 เมื่อความต่างความดันเพิ่มเป็นสองเท่า แรงก็เพิ่มเป็นสองเท่า ไม่ได้สัมพันธ์โดยตรงกับกำลังของปั๊ม

ค่าความปลอดภัย: ค่าทฤษฎีต้องลดครึ่งหนึ่ง

หัวดูดไม่ใช่วัตถุแข็ง ผิวชิ้นงานอาจมีฟิล์มน้ำมัน มีลายผิว หรือมีการเสียรูป และขอบซีลก็ไม่สามารถแนบสนิทได้ทุกจุด ในทางวิศวกรรมให้เลือกค่าสัมประสิทธิ์ตามทิศทางการดูด: ดูดขึ้นในแนวนอนและไม่มีความเร่ง ใช้ 2 เท่า; ดูดด้านข้าง มีความเร่ง หรือผิวชิ้นงานขรุขระ ใช้ 3 เท่าขึ้นไป

ตัวอย่าง: แผ่นอะลูมิเนียม 2 kg ใช้หัวดูด φ30 จำนวน 4 หัว ที่ระดับสุญญากาศ 60 kPa แต่ละหัว 4.3 kgf รวม 17.2 kgf เมื่อใช้ค่าสัมประสิทธิ์ 2 เท่าจะอนุญาตได้ 8.6 kgf เหลือระยะเผื่อมากกว่า 4 เท่า ชิ้นงานเดียวกันถ้าเปลี่ยนเป็นหัวดูด φ20 จำนวน 2 หัว รวม 3.8 kgf ลดครึ่งหนึ่งเหลือเพียง 1.9 kgf ต่ำกว่าน้ำหนักชิ้นงาน — การหลุดเป็นครั้งคราวที่ไม่บ่อยนักก็เกิดจากกรณีนี้

อัตราการสูบเป็นตัวกำหนดว่าจะดูดจับได้เร็วแค่ไหน ไม่ได้กำหนดว่าจะดูดจับได้หรือไม่

แรงดูดพอหรือไม่เป็นเรื่องของความต่างความดัน ดูดได้เร็วแค่ไหนเป็นเรื่องของอัตราการสูบ V8 มีอัตราการสูบ 6.8 m³/h (50 Hz) หรือ 1.89 L/s ฝั่งอุปกรณ์มีถังบัฟเฟอร์ 20 L เมื่อสูบจากความดันบรรยากาศถึง 40 kPa สัมบูรณ์:

t = V / S × ln(P₁/P₂) = 20 / 1.89 × ln(101.3 / 40) ≈ 9.8 s

9.8 s นี้คิดเฉพาะการสูบอากาศ ยังไม่รวมการรั่วก่อนชิ้นงานจะแนบ ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันถ้าเปลี่ยนเป็น V16 (16 m³/h, 4.44 L/s) และความจุถัง 50 L จะใช้เวลาประมาณ 10.5 s หากจังหวะงานกำหนดให้ดูดจับภายใน 3 s การเพิ่มขนาดปั๊มมักไม่ได้ผลเท่าการลดขนาดถังบัฟเฟอร์: ความจุถังจาก 20 L ลดเหลือ 5 L เวลาสูบอากาศของ V8 จะลดลงเหลือประมาณ 2.5 s

ความสามารถในการรักษาระดับดูที่ปริมาณอากาศรั่ว ไม่ได้ดูที่สุญญากาศสุดท้าย

ชิ้นงานพรุน (กระดาษแข็ง โฟม ผ้า ชิ้นงานซินเตอร์) ข้อต่อสายยาง และข้อต่อหมุน ล้วนมีการรั่วได้ V8 มีอัตราการสูบตามพิกัด 133 L/min ถ้าระบบรั่ว 20 L/min ที่ความต่างความดัน 60 kPa อัตราการสูบที่มีประสิทธิผลจะเหลือ 113 L/min จุดความดันยังรักษาไว้ได้ เพียงแต่ปั๊มทำงานเต็มกำลังเป็นเวลานาน อุณหภูมิและเสียงก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อปริมาณอากาศรั่วใกล้เคียงกับอัตราการสูบตามพิกัด ปั๊มจะรักษาจุดที่ตั้งไว้ไม่ได้ ซึ่งแสดงออกเป็นหัวดูดหลุดเป็นช่วง ๆ

90 kPa ไม่เพียงพอจริงเมื่อใด

มีสามลักษณะงาน:

หนึ่ง การสูญญากาศที่ต้องการให้ความดันสัมบูรณ์ในห้องต่ำกว่า 10 kPa เช่น การบรรจุแบบสุญญากาศ การอิมเพรกเนชัน การกำจัดฟอง ระดับสุญญากาศ 90 kPa ไปไม่ถึงในทางฟิสิกส์; สอง การใช้เป็นขั้นก่อนสำหรับการเคลือบฟิล์มและการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งต้องใช้ระดับ 0.1 mbar ต้องใช้ปั๊มโรตารีเวนซีลน้ำมัน V0025A มีสุญญากาศสุดท้าย 0.5 mbar และ V0040A ถึง V0100 อยู่ที่ 0.1 mbar; สาม เมื่องานปลายทางมีท่อยาวและข้องอหลายจุด การสูญเสียความดันกินไปสิบกว่าก kPa ในกรณีนี้ให้คำนวณขนาดท่อก่อน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนปั๊มเสมอไป

สามคำถามสำหรับการเลือกขนาด

การยึดชิ้นงานต้องใช้ความต่างความดันเท่าไร ให้ย้อนคำนวณจากน้ำหนักชิ้นงาน จำนวนหัวดูด และค่าความปลอดภัย แล้วจึงตัดสินใจว่าจะคำนวณที่ 60 kPa หรือ 85 kPa
ต้องสร้างสุญญากาศภายในกี่วินาที t = V/S·ln(P₁/P₂) โดย V ต้องรวมปริมาตรทั้งหมดของหัวดูด สายยาง และถังบัฟเฟอร์ ไม่ใช่ใส่เฉพาะถัง
ปริมาณอากาศรั่วมีเท่าไร สำหรับชิ้นงานพรุนให้วัดจริง สำหรับชิ้นงานโลหะแผ่นทั่วไปให้เผื่อไว้ที่ 20 ถึง 30 L/min

เมื่อตอบครบสามข้อ ก็สามารถกำหนดรุ่นได้โดยพื้นฐานระหว่าง V3 (3.4 m³/h), V8 (6.8 m³/h), V10 (10 m³/h) และ V16 (16 m³/h); ถ้าคำถามแรกตอบว่า “ต้องการความดันสัมบูรณ์ต่ำกว่า 10 kPa” การข้ามไปใช้ปั๊มซีลน้ำมันจะตรงกว่า

บางรุ่นไม่เหมาะกับพื้นที่ที่ใช้ 60 Hz และอัตราการสูบยังเปลี่ยนตามความเร็วรอบ (V8 คือ 6.8/8.6 m³/h, V10 คือ 10/12 m³