專(zhuān)用氣密性自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

姚艷　張成

摘 要 手動(dòng)真空檢漏操作過(guò)程繁鎖，造成生產(chǎn)效率低、人員需求多等問(wèn)題。為此，本文以真空檢漏自動(dòng)化為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)配合氦質(zhì)譜檢漏儀的檢漏過(guò)程進(jìn)行分析研究。設(shè)計(jì)裝置采用雙工位結(jié)構(gòu)，采用專(zhuān)用密封裝置，使用氣缸作為執(zhí)行元件，通過(guò)電磁閥、繼電器等進(jìn)行電氣控制，實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件自動(dòng)定位、密封、檢漏等過(guò)程，進(jìn)而減少操作人員數(shù)量，大幅度提高檢漏效率。

關(guān)鍵詞 真空檢漏;被測(cè)工件;自動(dòng)定位

中圖分類(lèi)號(hào)： TP274.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.032

被測(cè)工件是由兩種鋁制管材裝配收集氣體的零部件。為了保證被測(cè)工件在內(nèi)外存在壓差的情況下不能有氣體漏出，裝配后需要對(duì)其進(jìn)行真空檢漏。目前，生產(chǎn)中采用手動(dòng)封堵A、B管件兩端抽空檢驗(yàn)，因密封體積大，抽空時(shí)間長(zhǎng)，手動(dòng)密封動(dòng)作簡(jiǎn)單重復(fù)造成生產(chǎn)效率低。為此，研制一種真空檢漏裝置，配合氦質(zhì)譜檢漏儀實(shí)現(xiàn)檢漏過(guò)程自動(dòng)化。該裝置采用雙工位結(jié)構(gòu)[1]，設(shè)計(jì)專(zhuān)用密封部件，采用氣缸作為執(zhí)行元件[2]，通過(guò)電磁閥、繼電器等進(jìn)行電氣控制，實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件自動(dòng)定位、密封、檢漏等過(guò)程，進(jìn)而減少操作人員數(shù)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高檢漏效率。故而本設(shè)計(jì)擬從減小密封動(dòng)作、抽空體積、檢漏過(guò)程自動(dòng)化，達(dá)到減員增效目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)背景及方案

目前人工檢漏步驟及動(dòng)作耗時(shí)見(jiàn)表1。

由表1可知，被測(cè)工件檢漏過(guò)程共計(jì)11個(gè)動(dòng)作。其中密封、抽空和檢漏三個(gè)步驟用時(shí)較長(zhǎng)，占總體的80%以上，可提升空間較大。同時(shí)，上述三個(gè)步驟均為單一、重復(fù)的動(dòng)作，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1.1 密封體積設(shè)計(jì)

為了單獨(dú)對(duì)A管內(nèi)腔抽空，需要設(shè)計(jì)新的密封工裝，同時(shí)還要考慮便于拆裝。圖1所示對(duì)被測(cè)工件結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，使用橡膠圈對(duì)A管外徑（φb）、B管外徑（φa）處進(jìn)行環(huán)向密封，實(shí)現(xiàn)對(duì)A管內(nèi)腔的單獨(dú)抽空。為了保證密封的可靠性，在工裝中還設(shè)計(jì)了A管的端面密封，在壓緊力的作用下，使用密封圈壓緊A管左端面，實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件密封。

1.2 自動(dòng)檢漏設(shè)計(jì)

檢漏過(guò)程中，需要分別對(duì)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（1點(diǎn)、2點(diǎn)）噴射氦氣，同時(shí)觀察檢漏儀顯示的漏率。由于兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置固定，所以設(shè)計(jì)了固定的噴氣孔，取代人工噴氣的操作。

1.2.1 被測(cè)工件定位

若實(shí)現(xiàn)檢漏過(guò)程的自動(dòng)化，首先需要對(duì)檢漏部位進(jìn)行定位，其精度決定了密封、檢漏機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)行。設(shè)計(jì)兩個(gè)支架，分別為工件定位支架和輔助支架，二者同軸度要求≤0.05mm。分別對(duì)被測(cè)工件的φc和φd兩處進(jìn)行支撐。工件定位支架采用U型結(jié)構(gòu)，通過(guò)定位槽對(duì)被測(cè)工件的φc處固定，防止其軸向移動(dòng)。輔助支架采用夾具設(shè)計(jì)，通過(guò)氣缸1對(duì)被測(cè)工件的φd處夾緊，防止其徑向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件的定位。

1.2.2 被測(cè)工件密封

放置被測(cè)工件定位后，密封裝置在氣缸2的作用下沿直線(xiàn)滑軌軸向移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝、拆密封裝置。為保證被測(cè)工件與密封裝置有效配合，特選用氣動(dòng)浮動(dòng)接頭，避免配合問(wèn)題影響密封性效果。

1.2.3 自動(dòng)檢漏

使用密封裝置定位密封被測(cè)工件后，噴氣孔在氣缸3的作用下移動(dòng)至待檢測(cè)位置。當(dāng)內(nèi)腔壓力降至一定數(shù)值時(shí)，通過(guò)電磁閥控制氦氣的實(shí)時(shí)通止達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)目標(biāo)。

1.3 電氣設(shè)計(jì)

采用PLC可編程控制器作為控制單元，通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作控制，具有控制靈活、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。

氣動(dòng)管路主要是對(duì)定位、密封以及噴氦氣機(jī)構(gòu)的氣缸及電磁閥的管路連接。電磁閥均采用三位五通式，可對(duì)推進(jìn)氣缸的伸縮、停止進(jìn)行單獨(dú)控制。同時(shí)，管路氣壓通過(guò)節(jié)流閥控制，保證持續(xù)、穩(wěn)定的輸出。

2 設(shè)計(jì)研究成效

方案確定后，通過(guò)CAD和3D仿真軟件對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行了詳細(xì)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行機(jī)械加工。完成后，對(duì)主要零部件進(jìn)行檢測(cè)后總裝，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)方案確定的氣動(dòng)線(xiàn)路圖，進(jìn)行了連接，在連接后對(duì)繼電器、電磁閥及氣缸進(jìn)行了調(diào)試，動(dòng)作符合設(shè)計(jì)要求。該裝置設(shè)計(jì)成雙工位結(jié)構(gòu)，1名操作人員可同時(shí)完成2件被測(cè)工件檢漏操作，減少了現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備的數(shù)量需求。

3 效果驗(yàn)證

自動(dòng)真空檢漏裝置研制后，選取20件被測(cè)工件分別由人工和自動(dòng)方式對(duì)其檢測(cè)。主要對(duì)自動(dòng)裝置的功能實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)精度兩方面進(jìn)行驗(yàn)證。

由圖3可知，自動(dòng)檢測(cè)的漏率值均大于手動(dòng)檢測(cè)且判定結(jié)論一致，說(shuō)明自動(dòng)檢測(cè)較手動(dòng)檢測(cè)的漏率值更精確，同時(shí)對(duì)比了手動(dòng)與自動(dòng)檢漏耗時(shí)情況，自動(dòng)檢漏單件用時(shí)減少19.4秒，生產(chǎn)效率顯著提高。

4 小結(jié)

本文研制的專(zhuān)用氣密性自動(dòng)檢測(cè)裝置，成功解決了手動(dòng)檢測(cè)效率低的問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)了新型裝置，減小抽空體積，簡(jiǎn)化密封過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。

（2）通過(guò)進(jìn)行PLC編程，實(shí)現(xiàn)了電磁閥、繼電器的自動(dòng)控制。

（3）通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，自動(dòng)與手動(dòng)檢測(cè)判定結(jié)論一致。

參考文獻(xiàn)

[1]吳宗澤，羅圣國(guó)，等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]李新德，等.氣動(dòng)元件與系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.