真空干燥技术在加工生产线的研究与应用

1 引言

真空干燥技术又称减压干燥或负压干燥，是在密闭的空间中抽去空气，形成负压而进行干燥的一种方法。该原理利用水的沸点随着施加在其上的大气压强的变化而变化这一特性来实现的。通常情况下，水的沸点随着大气压力的变化而变化，是成正比关系。气压升高，水的沸点升高；气压降低则水的沸点也随之降低，见图1。例如，在19 .6kPa气压下，水的沸点即可降到60°C，当气压降到10kPa时，水的沸点可降到45.8℃。

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真空干燥方式从其根本而言，可分两种途径来实现。一种是通过加热技术使物料达到负压条件下的沸点；另一种是通过降温技术使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式。

真空干燥机是在真空状态下，通过热传导、热辐射等传热方式提供给工件足够的热量，使蒸发和沸腾同时进行，使工件表面残夜或物料本身水分快速汽化。同时，通过抽真空又快速抽出汽化的蒸汽，并在工件或物料周围形成负压状态，进一步加快了汽化速度，从而达到快速干燥的目的。

常用的真空干燥装置有真空干燥机和真空干燥箱等。现在真空干燥技术在各领域的运用较多，该技术具有以下几方面优势：真空环境大大降低物料表面液体的沸点；对于不容易干燥的物品，可以有效缩短干燥时间；对于结构复杂的零部件清洗后使用抽真空方式，干燥后不留任何残留物质；在真空条件下使用更安全，完全消除氧化物遇热爆炸的可能；与普通干燥相比，粉末状样品不会被流动空气吹动或移动。

64排CT冠状动脉造影检查实施前药物控制研究对象心率降低到50～70次/分，训练研究对象屏气时间，研究对象检查前口服倍他乐克。检查时螺旋扫描设定参数及检查方法如表2所示。

当前现有清洗干燥工艺流程：工件上料(10s)→输送(10s)→A定点清洗(55s)→A浪涌清洗(55s)→B定点清洗(50s)→A翻转控水(50s)→AB升降吹风(55s)→真空干燥(58s)→人工吹尘枪吹风(15s)→下料入库(90s)。清洗加热方式为通过蒸汽加热清洗液，高压泵完成定点和浪涌清洗，清洗液温度控制在40℃-50℃。

2 现状分析及存在问题

2.1 清洗吹干工艺流程

鉴于以上优点，由于真空干燥技术可以在常温或低温下达到完全干燥，所以被广泛应用在食品、药品、化工、生物以及精密制造等制造领域，特别是针对热敏性物质、粉末或其他颗粒状物品等。

通过实验比对，安装8组加热管工件平均温度达到47.1℃，超过理论值45.8℃，满足要求。考虑工件复杂程度以及确保温度符合要求，在真空室内设置9组热辐射加热管，沿内腔均匀分布左5右4(工件右侧形状较复杂)；在提升整体温度同时，优化抽真空时间，将负压抽真空时间由6.5秒提高到10秒，通过生产验证，提高真空室内温度和延长负压抽真空时间，有效提高残液气化蒸发速度，在保证生产线节拍的基础上，外观质量保证能力明显提高。加热管布置位置如图3。

2.2 当前存在问题

本方案真空干燥装置采用独立控制柜，控制系统选用西门子PLC S7-300，增加到位传感器，以监控工件到位与否，采用博图软件编程，实现清洗机控制系统与真空干燥装置的控制系统相互交互与监控，完成两台设备动作、信息的交互和联动，实现安全连锁保护和自动化控制。

(4) 生产线清洗设备原有真空装置安装位置在清洗机防护之内，观察与维护需要开门甚至绕道机床内部，操作不方便，同时存在安全隐患。

(3) 原有真空装置输送辊道的驱动离合装置结构设计不合理，机构的工作部件、驱动部件、导向元件三者之间安装基准不统一，中心线不共面平行，运动过程中频繁出现干涉卡滞问题，故障率比较高，离合器无法有效啮合，出现打齿空转，工件输送不到位，导致机床报警，生产的一个流的秩序打乱如图2。

(2) 清洗吹风后，用红外测温仪连续测量6件产品(见表1)，测得平均工件温度40.5℃，然后进入真空干燥机进行抽真空干燥，因受生产节拍2.1分钟/件限制，真空干燥之后工件表面残留水渍，不能满足工艺要求，而若要延长抽真空时间以满足质量要求，将会影响生产效率，造成生产的不均衡。

在不降低生产效率的前提下，为了提升工件外观质量，对原有真空干燥装置进行优化改造，提高设备质量保证能力。

3 改进方案设计与实施

(1) 原真空装置选用罗茨泵与水环式真空泵、循环水泵的组合方式，配置冷却水箱，真空泵功率为5. 5kW，总功率9.255kW。综合考虑原有设备使用状况以及不同真空泵的优劣，本方案采用里奇乐油润滑旋片式真空泵，依据工件大小、工作效率和额定流量要求，选用V-VC303(B)型号的真空泵，功率7.5kW，在提高真空泵抽真空效率同时减少能耗。

目前临床对于肺部真菌感染疾病的检查方法通过纤维支气管镜检方法、穿刺活检方法、手术病理方法为主，而病原学检查则作为肺部真菌感染疾病的检查“金标准”[3]。但是病原学检查方法的培养时间长，而且容易因涂片受污染而造成假阳性。随着临床影像学技术持续发展进步，在临床诊断肺部真菌感染方面起到一定应用价值，尤其是CT技术的持续发展，更明显提升肺部真菌感染疾病的早期诊断与鉴别[4][5]。从本次研究结果可知，经真菌类型培养结果显示，真菌类型培养率为100.00%，CT检查阳性率为73.00%，X线检查阳性率为51.00%，提示，CT检查阳性率更高于X线检查。

为提高干燥效果，在分析工件温度对真空干燥效果和效率的影响后，在真空室内设计安装加热管，提高工件及真空室内温度。热辐射加热管选用型号LPS4010/525S，采用实验法确定合适的加热管数量，分别安装5组合8组，测试工件温度，结果如下表2。

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(3) 对现有清洗机防护进行改造，原真空干燥装置处的清洗机防护位置移到里边，改造后真空干燥装置安装在清洗机防护之外，便于设备操作与维护保养。如图4所示。

(4) 自主改造优化工件输送用辊道离合器驱动装置。分析故障发生原因，主要由于原先驱动机构和导向机构及工作机构安装基准不一致以及中间连接盘不同心，造成运动过程中不同步、卡滞、离合器啮合不完全，出现离合器“打滑”现象，辊道驱动无力的问题。针对存在问题，将辊道离合器驱动机构和导向机构由分体式改为驱动导向一体式驱动气缸，保证导向、驱动安装基准一致，在同一安装面(图5)，取消中间连接盘，解决因不同心产生卡滞与不同步造成的离合器啮合问题，消除因设备故障造成工件表面划伤磨痕等缺陷问题。

4 控制程序设计

(1) 随着客户品质意识逐步提高，既要满足功能与性能方面的要求，同时做到外表美观。目前，加工生产线工件表面外观质量除加工产生毛刺、锈蚀、磕碰划伤等缺陷之外，表面也不允许有残液影响外观质量以及后工序制造。工件外观表面清洁度主要靠清洗机清洗来保证，清洗后通过人工吹风或者抽真空方式去除工件表面残留水渍。原有生产线真空装置为罗茨真空泵，但罗茨真空泵不能单独使用，须与前置循环水泵、水环式真空泵组合使用，并配置冷却水箱，结构相对复杂，且维护成本较高、难度大。另外罗茨泵的真空度较低，使用过程中耗水量较大，冷却水箱需要及时补水。同时工件自身温度对抽真空效果影响也比较大，目前清洗温度一般要求控制在40℃-50℃之间，所以清洗机完成吹风清理工位之后，工件温度相对偏低，抽真空时间又比较短，干燥处理后工件表面仍有残留水渍难以彻底清除，需要人工进行吹风清理。

5 真空干燥设备的应用

通过真空干燥装置在生产线实际应用，有效提高工件加工质量，作业效率和作业平衡率的到改善，达到了预期目标：

(1)经小批量验证合格后，投入大批量生产，工件质量稳定，满足工艺要求，同时本工序取消人工吹风作业，减少作业时间12s。

(2) 真空干燥装置动作循环：开门(3s)→输送(8s)→关门(3s)→抽真空(30s)→开门(3s)→输送(8s)→关门(3s)。

(2)采用优化后的真空干燥方式，彻底解决了清洗后工件表面残留水渍问题，由此造成的责任返工也由0.5%降到0。内窥镜抽查工件内腔检查情况如图6，达到工艺要求。

蕹菜移栽后30 min和1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、7 d、9 d、11 d、13 d、17 d、21 d、24 d、30 d、34 d、41 d、50 d、59 d、75 d、89 d、112 d和138 d取土壤表层溶液，测定溶液电导率及氧化还原电位。按文献[10]的方法测定秸秆腐解率、土壤有机碳、全氮、全磷、全钾速效磷、速效钾含量和土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶活性，以及蕹菜植株的全氮、全磷和全钾含量。

(3) 辊道离合器驱动装置结构优化改进，避免了离合器啮合不良导致的频繁停机和人工干预工件输送，提升设备可动率，消除了人工非正常作业带来的安全隐患。

音乐的魅力，在于其总能不经意间为人们带来快乐与感动。此次展会现场，雅马哈未来艺术家刘明康的演出吸引了众多参观来宾为之驻足。舞台上，因音乐而充满自信的刘明康为观众带来了《梦中的婚礼》《月半小夜曲》等耳熟能详的动人乐章，成为现场最闪耀的焦点。坚持着用音乐让世界更美好的信念，雅马哈钢琴用最真诚的态度与最专业的制琴工艺打造出众多经典作品。

(4) 真空室增加热辐射加热管，与前工序蒸汽给工件升温相结合，依据水的沸点与真空度关系曲线来看，在达到抽真空极限之前，水的沸点已经达到，加速水分气化，实现快速抽真空，效率和质量均得到提升。项目完成后如图7。

要知道，爱与认知是统一的，爱我们的历史就会深刻认知我们的历史，要深刻认知我们的历史就必须爱我们的历史。光凭背诵式的记忆不仅做不到这点，而且还适得其反。我早年的背诵经历所证明的恰恰就是这个真理。

6 结束语

伴随生产技术的不断发展，新技术、新工艺的应用，自动化、智能化、少人化的生产组织模式将越来越多应用于生产制造过程中，真空干燥技术的节能、环保的优势越发凸显。随着真空干燥技术与现有干燥方法或加热技术相结合，赋予真空干燥装置新的内涵和功能，能更好的提升产品质量，缩短干燥周期，提高工作效率，为一线员工创造更加安全舒适的工作环境。本方案应用中，针对原有工艺技术上存在的不足，通过真空室增加热辐射加热管的方式，提高真空室内的工作温度，与工件自身热传导结合，加快工件表面残留水渍的蒸发汽化速度，提升干燥效果和以及生产效率，改善员工作业环境，减少人工作业，降低员工劳动强度。目前真空干燥技术在现有生产线已经推广应用。

[1]张俊红等.内燃机制造工艺学.天津：天津大学出版社，2009.

[2]杨可桢等.机械设计基础.第三版.北京：高等教育出版社，1989.

[3]徐成海等.真空工程技术.北京：化学工业出版社，2006.

[4]华泽钊.冷冻干燥新技术[M].北京:科学出版社，2006.1.

[5]徐成海，张世伟，关奎之.真空干燥[M].北京:化学工业出版社，2004.1.

[6]张志军，徐成海，张世伟.真空干燥技术的研究现状.第十三届全国干燥会议论文集.