基于計(jì)量泵精度標(biāo)定的檢測(cè)裝置研制

尹 浩，吳 曉,，何呂濤，楊 彬

YIN Hao1, WU Xiao1,2, HE Lv-tiao2, YANG Bin1

（1.武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，武漢 430074；2. 武漢洛特福動(dòng)力技術(shù)有限公司，武漢 430058）

0 引言

汽車尾氣排放物，不僅給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且時(shí)時(shí)危害著人們的身體健康。由此看來(lái)，對(duì)汽車尾氣的處理將顯得格外重要[1～3]。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量相關(guān)研究[4]。武漢洛特福動(dòng)力技術(shù)有限公司研制了一款汽車尾氣處理裝置（已在柴油機(jī)上成功使用）。其中一個(gè)核心零件就是計(jì)量泵，它的功能是根據(jù)實(shí)際工況，抽取特制催化劑溶液到一個(gè)封閉容器內(nèi)與汽車尾氣產(chǎn)生氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，大大降低甚至消除尾氣中的有害成分，排出無(wú)害的氣體。因此，該裝置對(duì)計(jì)量泵的質(zhì)量和精度要求很高，尤其是對(duì)它的流量復(fù)現(xiàn)性精度要求更高[5,6]，在使用前必須對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行全面的檢測(cè)和標(biāo)定，為此，本文研制了一款新型的計(jì)量泵檢測(cè)裝置。經(jīng)試用，該檢測(cè)裝置較好地實(shí)現(xiàn)了廠家預(yù)定的功能，在其他計(jì)量泵檢測(cè)方面具有很好的推廣價(jià)值。

1 計(jì)量泵檢測(cè)原理

被測(cè)計(jì)量泵是汽車尾氣處理裝置的核心零部件，其功能是通過(guò)該泵抽起一定的催化劑溶液與汽車排出的尾氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到凈化尾氣的目的，本檢測(cè)裝置是為了測(cè)試該計(jì)量泵的流量是否符合設(shè)計(jì)要求而研制。對(duì)計(jì)量泵的基本要求是在指定的條件下，泵出液體的速率恒定，因此我們的檢測(cè)裝置就是測(cè)定指定時(shí)間內(nèi)泵出液體的質(zhì)量是否在允許誤差范圍內(nèi)。本裝置選擇蒸餾水作為循環(huán)液體，按廠家設(shè)計(jì)要求，在60秒內(nèi)泵出蒸餾水的質(zhì)量應(yīng)為25克，正負(fù)誤差0.25克。

計(jì)量泵的檢測(cè)原理如圖1所示，水箱-計(jì)量泵-天秤之間形成回路，借助計(jì)量泵和水泵可以使液體在回路中循環(huán)。單向閥的功能是防止液體產(chǎn)生回流，氣泵和兩通閥是保證一定壓力的氣體與通過(guò)計(jì)量泵抽上來(lái)的液體混合，計(jì)量泵和水泵的啟停工作時(shí)間由程序系統(tǒng)控制。檢測(cè)過(guò)程中用水代替特制的催化劑溶液，用壓縮空氣代替汽車尾氣，模擬尾氣處理裝置的工作環(huán)境。系統(tǒng)的工作原理是：計(jì)量泵從水箱抽出的水經(jīng)過(guò)單向閥后，與一定壓力的氣體混合，形成氣液混合物，進(jìn)入天平上的容器。液晶顯示屏上顯示天秤反饋的質(zhì)量以及檢測(cè)結(jié)果等信息。當(dāng)天平上容器的液體到達(dá)一定質(zhì)量后，水泵開(kāi)始工作，將容器中的水抽回水箱。

圖1 計(jì)量泵檢測(cè)原理圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)上述的檢測(cè)原理，我們對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了多次討論和論證，最終定下了結(jié)構(gòu)部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。由于對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求很高，選擇潔凈工作臺(tái)作為機(jī)架，為了提高檢測(cè)效率，該裝置設(shè)計(jì)可以同時(shí)檢測(cè)5個(gè)計(jì)量泵，即五個(gè)工位，而且每個(gè)工位都可以獨(dú)立工作，互不干涉。

圖2 檢測(cè)裝置總體方案

該裝置在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是如何保證密封良好的前提下能快速更換被測(cè)計(jì)量泵；其二就是如何實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵的快速定位和密封。下面分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

2.1 密封方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的密封方案就是利用計(jì)量泵入、出口端的平面作為密封面，如圖3所示，借助端面密封圈進(jìn)行密封。入口和出口密封圈分別由兩個(gè)氣缸帶動(dòng)可以上下運(yùn)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)快速密封。具體的密封方案如圖4所示，入口密封接軟管與水箱相連，出口密封通過(guò)軟管和單向閥與天平相連。

圖3 被檢測(cè)的計(jì)量泵以及上下密封面

圖4 出、入口密封方案

2.2 快速定位設(shè)計(jì)

如何保證被測(cè)計(jì)量泵的快速更換和定位是實(shí)現(xiàn)上面的密封方案的關(guān)鍵，為此設(shè)計(jì)了三塊板，即上密封氣缸固定板、定位面板和下密封氣缸固定板，如圖5所示。三塊板都安裝在潔凈工作臺(tái)上，并且彼此之間用支撐板連接，裝配完后成為一個(gè)整體，保證強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還能提高定位精度。本方案共設(shè)計(jì)五個(gè)工位，每個(gè)工位上有四個(gè)氣缸，即一個(gè)下密封氣缸、一個(gè)上密封氣缸以及兩個(gè)壓緊氣缸，壓緊氣缸的功能是當(dāng)被測(cè)計(jì)量泵定位后將其壓緊，同時(shí)給計(jì)量泵施加向下的壓力，防止下密封氣缸工作時(shí)將其頂起。

圖5 定位與密封總體結(jié)構(gòu)圖

定位的關(guān)鍵是要從機(jī)械結(jié)構(gòu)上保證入口密封、出口密封與計(jì)量泵的中心線重合。在安裝中，以出口密封為基準(zhǔn)，對(duì)計(jì)量泵和入口密封進(jìn)行調(diào)整。為此設(shè)計(jì)了嵌套式的計(jì)量泵定位套，將其嵌入到定位面板上，并且可沿X、Y方向進(jìn)行少量調(diào)整，如圖6(a)所示，以保證計(jì)量泵的軸心與出口密封的中心重合；下氣缸固定在下密封氣缸固定板上，而該固定板上在X、Y方向都開(kāi)有橢圓孔，下密封能沿X、Y方向調(diào)整，如圖6(b)所示，以保證下密封的中心與計(jì)量泵中心線重合。

圖6 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 樣機(jī)制作與測(cè)試

3.1 樣機(jī)制作

裝置整體設(shè)計(jì)完成后，出全套完整的工程圖紙，然后按圖進(jìn)行機(jī)械加工。整個(gè)設(shè)備是以潔凈工作臺(tái)為機(jī)架，定位、壓緊和密封部件都是安裝在潔凈工作臺(tái)上。潔凈工作臺(tái)采用精密儀器箱式結(jié)構(gòu)，方便用戶使用，同時(shí)具有潔凈的工作環(huán)境，由于潔凈工作臺(tái)屬于非標(biāo)結(jié)構(gòu)，加工誤差較大，因此，我們先加工潔凈工作臺(tái)，然后根據(jù)工作臺(tái)的實(shí)際尺寸對(duì)其他相關(guān)部件進(jìn)行尺寸微調(diào)，這樣可以保證后期的安裝和定位精度。工作臺(tái)的操作面板以及水箱采用不銹鋼板制作，用不銹鋼制作，臺(tái)架采用漆板制作。圖7是樣機(jī)的實(shí)物照片。

圖7 樣機(jī)實(shí)物照片

3.2 樣機(jī)測(cè)試

動(dòng)作說(shuō)明：將計(jì)量泵放入測(cè)試相應(yīng)位置后，按“啟動(dòng)”按鈕，壓緊氣缸下行，壓緊計(jì)量泵，上、下密封氣缸同時(shí)工作，接通出、入口，并密封，這樣，水箱-計(jì)量泵-天平之間形成回路；再按“開(kāi)始”按鈕，計(jì)量泵開(kāi)始抽水，系統(tǒng)計(jì)時(shí)開(kāi)始，30秒后系統(tǒng)自動(dòng)停止抽水，并從天平反饋抽水質(zhì)量信息。同時(shí)所有氣缸退位，松開(kāi)夾緊裝置，人工退出計(jì)量泵。當(dāng)測(cè)試結(jié)果在規(guī)定誤差范圍內(nèi)是，顯示屏?xí)@示“ok”，同時(shí)綠燈亮；測(cè)試出不良品時(shí)，紅燈亮，發(fā)出報(bào)警聲，并在觸摸屏上顯示不良原因。

經(jīng)測(cè)試，樣機(jī)水箱清洗方便，檢測(cè)時(shí)對(duì)泵的定位和密封可靠。樣機(jī)在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員可根據(jù)測(cè)試需要自行設(shè)定測(cè)試頻率及相應(yīng)時(shí)間，可測(cè)試的工件頻率范圍為：0～50Hz。在檢測(cè)出不良產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備報(bào)警，同時(shí)觸模屏上顯示出不良原因。測(cè)試時(shí)，觸模屏上應(yīng)顯示出正在進(jìn)行的動(dòng)作并在檢測(cè)結(jié)束時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果，并具有結(jié)果存貯與查詢功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的檢驗(yàn)，證明了其有效性和正確性。提高了檢測(cè)的精確性，并大大提高了檢測(cè)工作效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研制的檢測(cè)系統(tǒng)不僅原理正確,而且實(shí)際運(yùn)行良好,完全可以在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

[1] 張昱虹.關(guān)于汽車尾氣對(duì)人體健康的危害研究[J].能源環(huán)境,2014,6：141，

[2] 宋波.汽車尾氣處理技術(shù)及展望[J].科技信息,2012,25：408-409.

[3] 胡春芳.城市汽車尾氣污染的危害與防治對(duì)策研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014,3：51.

[4] 于向和,隋秀梅,王軍.汽車尾氣檢測(cè)用流量分析儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010,4(32)：158-161.

[5] 曹勤.計(jì)量泵的發(fā)展和應(yīng)用[J] 石油化工設(shè)備,2001,30(5)：44-48.

[6] 何連榮.微機(jī)控制計(jì)量泵測(cè)試系統(tǒng)[J].有色礦冶,1995,3：48-54.