全自動試漏機的設(shè)計

夏永勝，楊 平

(合肥工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 引言

近年來，隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，日趨激烈的市場競爭對汽車發(fā)動機零部件質(zhì)量提出了越來越高的要求。泄漏檢測是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的重要工序,它在生產(chǎn)過程中的作用已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，從以前的汽車制造業(yè)到現(xiàn)在一般的日用品行業(yè)、家用電器、醫(yī)療器械等。

在汽車車橋的生產(chǎn)制造過程中，有許多零部件都有嚴(yán)格的氣密性要求，如連接座、輪轂等，均需要進行泄漏檢測?，F(xiàn)在國內(nèi)的檢測方法有浸水式檢測、充氣式檢測、壓差式檢測、流量式檢測等。本文設(shè)計的試漏機采用浸水式，使用密封件對工件進行密封，再將被試工件的工作腔充入一定壓強的空氣，然后將被試工件沉入水中，通過人工觀察氣泡來判定零件是否泄漏。相對于其他方法來說，這種方法會弄濕工件，且自動化程度相對較低，但浸水式可以找到工件的泄漏部位，這對于車橋零部件這種鑄件是非常重要。

自動化試漏設(shè)備中的測試介質(zhì)一般為空氣或是特殊的測試氣體，通過氣體的測試，保證零件在實際工作中不會產(chǎn)生流體的泄漏。

1 試漏機總體方案設(shè)計

試漏機的設(shè)計共分為三部分：機械部分、液壓站和控制系統(tǒng)。機械部分是一個整體的框架，起支撐作用，并用于放置部件。其重點部分是支撐架，工作時將工件放在支撐架上對其進行加壓，對于這個關(guān)鍵件我們采用計算機輔助設(shè)計來校核其是否滿足強度要求。液壓缸一端連接在整體框架上，另一端與支撐架相連。最下面設(shè)置水箱，把工件加壓和充氣后降到水箱里面進行測試，看是否有氣泡產(chǎn)生，并確認(rèn)工件是否合格。工件的加壓和升降通過液壓缸來完成，為此設(shè)計了一個單獨的液壓站。液壓傳動可以輸出大的推力和扭矩，實現(xiàn)低速大噸位的運動，能使執(zhí)行元件的運動十分平穩(wěn)，還具有反應(yīng)速度快、控制方便、調(diào)速范圍大、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。試漏機整體控制使用PLC系統(tǒng)。試漏機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 試漏機結(jié)構(gòu)示意圖

通過對被測試零件的分析，發(fā)現(xiàn)各個回轉(zhuǎn)體零件的半徑和高度不同，為此我們設(shè)計了不同高度和凹下直徑的底座來配合不同的零件。每個底座和零件接觸的部分都使用密封橡膠來密封。上面的壓盤設(shè)計為一個大圓盤，這個圓盤和加壓缸直接相連，來給零件施加壓力。壓盤上與零件接觸的部分均采用密封橡膠來密封。零件在進入試漏機之前，不同的零件被安放在不同的底座上，放入輸送滑道，由輸送滑道把工件輸送到支撐架上，加壓缸開始加壓，加壓完成后進入保壓階段，開始給零件腔內(nèi)充入0.2 MPa的氣體，升降缸下降到水箱中的指定位置，觀察水中的氣泡來檢漏，檢漏完畢升降缸上升到指定位置后停止充氣，加壓缸泄壓，氣缸推動工件到滑道，滑道帶動零件到指定位置后下線，一個工作循環(huán)完成。試漏機的工作過程如圖2所示。

2 浸水支撐架的設(shè)計和分析

試漏機中，浸水支撐架需要支撐起加壓缸8 t的力，支撐架的下部分平面是和底座連接在一起，底座上面連接工件。加壓缸安裝在支撐架上表面，由加壓缸給工件直接施力，故必須對這個支撐架進行強度校核，因為若支撐架變形太大將會直接影響到試漏機測試的效果。支撐架實體模型如圖3所示。

圖2 試漏機的工作過程

圖3 支撐架實體模型

一般在ANSYS Workbench中進行有限元分析時，為了節(jié)省資源需要對復(fù)雜的模型進行簡化，簡化后的模型不會影響到分析結(jié)果的精度。將在SoildWorks中建好的支撐架三維模型轉(zhuǎn)化為xt格式，導(dǎo)入到Workbench的geometry中，設(shè)置材料為Q235，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.27，密度為7 830 kg/m3;之后進行網(wǎng)格劃分，單元尺寸為10 mm,采用四面體網(wǎng)格，劃分為177 193個節(jié)點、24 089個單元；最后設(shè)計約束和力，給底面施加一個80 000 N的力，給上頂施加一個固定約束。分析得到的支撐架變形云圖如圖4所示。從圖4可知，這個支撐架在80 000 N的力作用下最大變形為0.75 mm，最大許用值為2 mm,因此這個變形在合理的范圍內(nèi)。

圖4 支撐架變形云圖

3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

液壓系統(tǒng)提供一定壓力的液壓油來傳輸動力，一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件和液壓油。

3.1 液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)中有兩套相同的液壓回路，采用雙聯(lián)齒輪泵分別為兩套回路提供動力。電機帶動雙聯(lián)齒輪泵工作，齒輪泵的兩個出口分別接兩套液壓控制回路，兩套試漏機設(shè)備可以獨立地工作，通過先導(dǎo)式電磁卸荷溢流閥來控制系統(tǒng)的工作或卸荷。圖5為液壓系統(tǒng)工作原理。加壓缸所加的壓力值通過電接點壓力表來進行控制，加壓到一定值的時候，使用液壓鎖來進行保壓，以保證整個設(shè)備運行過程中所需要的壓力。

3.2 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，是整個系統(tǒng)的動力來源，它的可靠性和穩(wěn)定性直接決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。液壓站的總體布局方式有集中式和分散式兩種。為了降低振動對液壓系統(tǒng)的影響，同時為了液壓站的美觀和檢修方便，我們采用了集中式布置，把所有的液壓閥安裝在閥體上。采用了兩個閥體，根據(jù)安裝的方便，兩個閥體稍微有點差別。電機采用了立式電機，雙聯(lián)齒輪泵的兩個出口分別連接兩個閥體。壓力油經(jīng)過各種閥再到缸體，缸體回油到風(fēng)冷機和回油過濾器，最后回油到油箱。

1-液位計；2-油箱；3-濾油器；4-空氣濾清器；5-雙聯(lián)泵；6，10-電接點壓力表；7-先導(dǎo)式電磁卸荷溢流閥；8，12-三位四通電磁換向閥；9，13-液壓鎖；11-加壓缸；14-疊加式液壓鎖；15-升降缸

4 控制系統(tǒng)的設(shè)計

試漏機控制系統(tǒng)主要利用PLC控制器完成檢測和控制任務(wù)，控制原理如圖6所示。需要完成的控制任務(wù)包括：液壓系統(tǒng)中加壓缸和升降缸的運動控制、支撐架上升和下降的運動控制、工件輸送的運動控制。需要完成的檢測任務(wù)包括：工件輸送到位的檢測、工件保壓值的檢測，液壓系統(tǒng)中加壓缸和升降缸極限位置的檢測。通過電磁開關(guān)來控制液壓缸的位置可以很準(zhǔn)確地定位，經(jīng)過實際的裝配和調(diào)試可以保證試漏機工作的快速性和檢測質(zhì)量的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了低成本和高效率的目標(biāo)。

圖6 控制系統(tǒng)原理圖

5 結(jié)語

試漏機實現(xiàn)了工件檢測試漏的自動化，使工廠的自動化進程又推進了一步。經(jīng)過實際的工廠運行驗證，試漏機極大地提高了工件檢測的效率，具有很好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用價值。使用PLC控制系統(tǒng)減少了勞動力，提高了勞動效率。