水箱配件綜合試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與調(diào)試＊

張衛(wèi)星 楊治國(guó) 段移麗 段坤利 張 帆

（1 中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)（陜西）有限公司 西安 710116）（2 國(guó)家建筑衛(wèi)生陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 西安 710116）（3 輕工業(yè)西安機(jī)械設(shè)計(jì)研究院 西安 710086）

隨著改革開(kāi)放的深入發(fā)展，我國(guó)的衛(wèi)生潔具行業(yè)得以長(zhǎng)足發(fā)展并形成了自有的技術(shù)特色，越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)提高了自己的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)，隨著衛(wèi)生潔具產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，與衛(wèi)生潔具配套的配件產(chǎn)業(yè)也得以快速發(fā)展，涌現(xiàn)出高、中、低檔配件產(chǎn)品在生產(chǎn)與流通領(lǐng)域共存、質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著我國(guó)人民生活水平的日漸提高以及人們對(duì)高品質(zhì)生活的愈加迫切追求，便器類(lèi)產(chǎn)品已在我國(guó)絕大部分城鎮(zhèn)和廣大農(nóng)村的普通居民家庭得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其中坐便器產(chǎn)品約占便器類(lèi)產(chǎn)品的80%左右，每年的坐便器市場(chǎng)需求量在4000萬(wàn)件以上。水箱配件作為便器的核心部件，是最常見(jiàn)的自動(dòng)控制水箱進(jìn)排水的潔具配件。

自2007年以來(lái)，國(guó)家質(zhì)檢總局連續(xù)6年組織陶瓷坐便器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查，雖然整體質(zhì)量水平逐年穩(wěn)步提高，但是業(yè)內(nèi)稱(chēng)之為“馬桶心臟”的水箱配件每年都存在或多或少的質(zhì)量問(wèn)題。在這種情況下，提高我國(guó)水箱配件產(chǎn)品質(zhì)量就成了需要持續(xù)解決的問(wèn)題。作為監(jiān)控與檢測(cè)水箱配件質(zhì)量的儀器設(shè)備，水箱配件檢測(cè)設(shè)備自然成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，成了企業(yè)占領(lǐng)市場(chǎng)的重要保證。

1 設(shè)備簡(jiǎn)述

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件綜合性能檢測(cè)設(shè)備［中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)（陜西）有限公司獨(dú)立擁有該檢測(cè)設(shè)備的全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)］根據(jù)GB 26730－2011《衛(wèi)生潔具 便器用重力式?jīng)_水裝置及潔具機(jī)架》、ASSE 1002－2008《坐便器重力式水箱用防虹吸進(jìn)水閥》、EN 14124：2005《帶內(nèi)溢流裝置的水箱所配的進(jìn)水閥》、EN 14055－2010《坐便器與小便器用沖洗水箱》和AS 1172.2－1999／AMD 1－2002／AMD 2－2005《用水量為6L／3L或等效水量的坐便器 第二部分：水箱》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造。具體根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)進(jìn)水閥進(jìn)行進(jìn)水流量、靜壓力密封性、動(dòng)壓力密封性、耐壓性、防虹吸功能、再開(kāi)啟功能、水擊試驗(yàn)和對(duì)排水閥進(jìn)行自閉密封性、溢流能力、排水流量以及對(duì)沖洗水箱進(jìn)行安全水位、排水流量、額定沖水量、再開(kāi)啟功能等技術(shù)要求的試驗(yàn)方法及其規(guī)定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)水箱配件上述技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)與分析。

檢測(cè)設(shè)備由供水管路控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電氣自控系統(tǒng)和試驗(yàn)操作平臺(tái)4部分組成。并通過(guò)機(jī)械與電氣原理將4部分有機(jī)地聯(lián)接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)化和自動(dòng)化控制，并且操作方便，測(cè)試精度高，測(cè)量誤差小，工作效率高，適用范圍廣。檢測(cè)設(shè)備局部外觀如圖1、圖2所示。

圖1 水箱配件綜合性能檢測(cè)設(shè)備操作臺(tái)

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)和難點(diǎn)分析

2.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

SXPJ－Ⅱ－CTC水箱配件綜合性能檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)有2個(gè)工位，兩個(gè)工位的檢測(cè)功能完全相同，這就要求在管路設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮管路的布置問(wèn)題。如果只是一個(gè)工位，管路設(shè)計(jì)時(shí)就比較容易，管路布置只要滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求即可，然后考慮布置合理、美觀就可以。但是由于2個(gè)工位功能完全相同，這就會(huì)出現(xiàn)相互驗(yàn)證的問(wèn)題，如果管路設(shè)計(jì)出現(xiàn)的偏差太大，同一個(gè)試樣通過(guò)2個(gè)工位測(cè)試其檢測(cè)結(jié)果就會(huì)偏離很多。因此，管路設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)、管件、電器元件選擇上需要認(rèn)真考慮，管路盡量對(duì)稱(chēng)布置，從而減少因管路布置造成對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

圖2 水箱配件綜合性能檢測(cè)設(shè)備部分管路布局

2.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.2.1 密封管路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中密封管路設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，GB 26730－2011《衛(wèi)生潔具 便器用重力式?jīng)_水裝置及潔具機(jī)架》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)水閥靜壓和動(dòng)壓密封性試驗(yàn)，最低壓力為0.03MPa±0.002MPa，最高壓力為1.00MPa±0.02MPa。因壓力差跨度大，同時(shí)要求從低壓到高壓都能夠測(cè)量，并達(dá)到要求的誤差范圍，這就要求選擇高精度的壓力變送器，而高精度的壓力變送器加工難度大，價(jià)格較高，增加了產(chǎn)品成本。主要原因在于用一個(gè)傳感器要同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍大和測(cè)量精度高是不現(xiàn)實(shí)的，所以采用了目前的壓力分開(kāi)設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)。壓力分布設(shè)計(jì)原理如圖3所示。產(chǎn)品測(cè)試先低壓后高壓，電磁閥L通電，電磁閥H不通電，測(cè)量進(jìn)水閥在中低壓時(shí)的密封性能；當(dāng)電磁閥H通電，電磁閥L不通電，測(cè)量進(jìn)水閥在高壓時(shí)的密封性能。管路上安裝有止回閥，測(cè)量時(shí)只顯示測(cè)量管路上的傳感器數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采取中低壓管路和高壓管路分開(kāi)設(shè)計(jì)，選擇元器件比較容易，而且精度能夠滿足要求。壓力分開(kāi)設(shè)計(jì)原理示意圖及密封管路原理示意圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 壓力分開(kāi)設(shè)計(jì)原理圖

圖4 密封管路原理示意圖

2.2.2 水擊管路設(shè)計(jì)

水擊管路設(shè)計(jì)是該設(shè)備設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。GB 26730－2011《衛(wèi)生潔具 便器用重力式?jīng)_水裝置及潔具機(jī)架》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定銅管長(zhǎng)度為5000mm，外徑為15mm，壁厚為1mm，將銅管折彎成直徑為270mm的彈簧狀。這就要求水擊管路盤(pán)管時(shí)以銅管中心線為折彎圓直徑，2個(gè)盤(pán)形銅管折彎時(shí)一個(gè)順時(shí)針折彎，一個(gè)逆時(shí)針折彎，在機(jī)架內(nèi)水機(jī)管路對(duì)稱(chēng)布置，以減少管路不一致而產(chǎn)生的測(cè)量誤差。銅管與管件的連接也是很重要的，采用擴(kuò)口式連接，銅管與管件連接用擴(kuò)口式管接頭體，銅管擴(kuò)口時(shí)錐面要均勻、光滑、中心對(duì)稱(chēng)，保證密封效果好。因此在制造時(shí)一定要嚴(yán)格控制加工工藝。水擊管路對(duì)稱(chēng)布置示意圖如圖5所示。

3 調(diào)試過(guò)程

3.1 水擊壓力峰值捕捉環(huán)節(jié)

水擊就是水在管路中正常流動(dòng)時(shí)，因閥門(mén)關(guān)閉而造成的管路瞬間壓力升高。水擊檢測(cè)時(shí)首先將進(jìn)水閥安裝在水箱內(nèi)，測(cè)量水箱進(jìn)水閥在一定壓力（測(cè)量時(shí)設(shè)定靜壓力為0.5MPa）下，向水箱進(jìn)水至進(jìn)水閥自然關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力峰值。該壓力峰值與靜壓力之差≤0.2MPa，表示進(jìn)水閥合格，否則不合格。

圖5 水擊管路對(duì)稱(chēng)布置示意圖

檢測(cè)設(shè)備加工安裝完成后，調(diào)試過(guò)程是十分重要的工作。檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，各項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所須達(dá)到的精度要求等問(wèn)題均需要重視。水擊壓力峰值捕捉是調(diào)試過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。雖然在選擇元器件的時(shí)候已經(jīng)考慮了每個(gè)元件的量程范圍和精度，但是在調(diào)試的時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)壓力峰值不穩(wěn)定、沒(méi)有捕捉到峰值的問(wèn)題。通過(guò)比較試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在程序的設(shè)計(jì)上存在問(wèn)題。壓力傳感器的精度完全滿足要求，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中把壓力傳感器捕捉時(shí)間間隔調(diào)整為5ms，提高傳感器采集數(shù)據(jù)頻率（傳感器采樣頻率≥200Hz），捕捉瞬時(shí)壓力峰值，壓力峰值就是進(jìn)水閥進(jìn)水到自動(dòng)關(guān)閉時(shí)管路最高壓力。在水擊調(diào)試過(guò)程中，連接軟管的內(nèi)徑不一致或者長(zhǎng)度不同也會(huì)出現(xiàn)壓力峰值的不一致現(xiàn)象，由于2個(gè)工位具有相同的檢測(cè)功能，在2個(gè)工位的管路設(shè)計(jì)安裝時(shí)要注意其一致性，盡最大可能減少管路元件及安裝帶來(lái)的影響。在測(cè)量時(shí)，閥門(mén)出口與被測(cè)樣品之間連接軟管型號(hào)長(zhǎng)度要相同，避免造成2個(gè)工位之間檢測(cè)結(jié)果差異。

3.2 安全閥整定壓力調(diào)整環(huán)節(jié)

整定壓力也叫開(kāi)啟壓力，是安全閥運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，整定壓力的設(shè)置直接關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行的安全性。安全閥的閥瓣在正常工作的條件下，當(dāng)工作壓力上升到閥瓣開(kāi)始升起的時(shí)候（安全閥閥瓣處的進(jìn)口壓力即安全閥的整定壓力），在這個(gè)壓力值下，閥瓣的開(kāi)啟高度可以開(kāi)始測(cè)量，介質(zhì)出現(xiàn)可以看到或聽(tīng)到的連續(xù)排放狀態(tài)，即介質(zhì)開(kāi)始排放的狀態(tài)，但這個(gè)狀態(tài)不是大量排放介質(zhì)的狀態(tài)，而是微小排量的狀態(tài)，在壓力表上反應(yīng)的只是數(shù)值稍微的減少。具體的大量排放則涉及到排放壓力的概念。

檢測(cè)設(shè)備調(diào)試時(shí)，安全閥的整定壓力調(diào)整好以后，進(jìn)行檢測(cè)進(jìn)水閥耐壓項(xiàng)目測(cè)試，最高耐壓工作壓力為1.6MPa，安全閥整定壓力調(diào)整到1.75MPa，安全閥開(kāi)啟壓力（整定壓力）是最大工作壓力的1.05～1.1倍，符合安全閥整定壓力的一般要求。一般情況下，安全閥購(gòu)買(mǎi)時(shí)廠家根據(jù)用戶(hù)使用最高壓力要求，把安全閥的整定壓力調(diào)節(jié)好。如果用戶(hù)工作壓力有變化，可以自行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)達(dá)到設(shè)定的壓力時(shí)閥門(mén)微啟泄水（微小排量的狀態(tài)），這時(shí)整定壓力就調(diào)節(jié)好了。在測(cè)試操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)水泵壓力為0.5MPa時(shí)安全閥出現(xiàn)泄壓現(xiàn)象。分析原因：發(fā)現(xiàn)在啟動(dòng)加壓水泵時(shí)，沒(méi)有打開(kāi)電磁閥，造成憋壓，出現(xiàn)安全閥在很小壓力時(shí)就開(kāi)啟泄壓。因此，在開(kāi)啟加壓水泵時(shí)，應(yīng)先打開(kāi)電磁閥，就可避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著我國(guó)改革開(kāi)放的持續(xù)發(fā)展，衛(wèi)生潔具產(chǎn)品的需求逐步增加，為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)于檢測(cè)設(shè)備的需求也會(huì)不斷增加，水箱配件綜合性能檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)逐步向自動(dòng)化、多功能、高精度、高可靠性方面發(fā)展已成為必然。然而，隨著檢測(cè)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，檢測(cè)設(shè)備在實(shí)際調(diào)試及運(yùn)行中發(fā)生故障的情況也會(huì)增多。因此，完善檢測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，做好調(diào)試運(yùn)行前的各項(xiàng)工作，避免在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象顯得尤為重要。

參考資料

1 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，等.GB 26730－2011衛(wèi)生潔具便器用重力式?jīng)_水裝置及潔具機(jī)架.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011

2 張衛(wèi)星，等.實(shí)用新型專(zhuān)利《衛(wèi)生陶瓷綜合檢測(cè)裝備》.中國(guó)專(zhuān)利，ZL201220266983.X.2013－01－09

3 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

4 崔繼仁.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2010