空調(diào)快速接線測(cè)試工裝的研究與應(yīng)用

吳晗，劉海冰，牛海清

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海，519070）

在空調(diào)生產(chǎn)的過程中需要進(jìn)行商檢測(cè)試，分體室外機(jī)商檢測(cè)試前后，電源及信號(hào)線的接/拆線崗位需2名員工用風(fēng)批逐個(gè)緊/松螺釘進(jìn)行接/拆線，效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大及安全系數(shù)不高。按照平均生產(chǎn)節(jié)拍，員工每天要松/緊螺釘10000次以上，工作強(qiáng)度大且生產(chǎn)效率很低。測(cè)試過程中，帶電的接線板及接線端子外露，存在安全隱患。使用傳統(tǒng)的接線工裝，因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，容易出現(xiàn)打火、跳電、松脫等安全隱患，未能推廣使用；商檢測(cè)試過程中，萬一接線工裝松脫，無斷電保護(hù)功能，不會(huì)自動(dòng)斷電，存在嚴(yán)重的安全隱患。急需攻關(guān)研究，開發(fā)出穩(wěn)定可靠的快速接線測(cè)試工裝。

1 方案設(shè)計(jì)

分體室外機(jī)商檢測(cè)試需要連接外機(jī)接線板上的零線、火線、信號(hào)線，通過空中對(duì)接測(cè)試線，和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)機(jī)聯(lián)通，完成測(cè)試過程。如圖1所示為室外機(jī)接線板圖，接線板通過連接片固定在電器盒部件上，同時(shí)連接片整體將電器盒部件固定在外機(jī)右側(cè)板上，穩(wěn)定可靠。對(duì)接線板進(jìn)行分析，材質(zhì)為密胺，3位接線板中間有長(zhǎng)度不均的擋片，連接片上有接地螺釘孔、接地標(biāo)識(shí)和警告標(biāo)識(shí)，初步確定采用磁吸式方式進(jìn)行接線。

圖1 室外機(jī)接線板圖

基于連接片為金屬，可利用磁鐵進(jìn)行吸附，設(shè)計(jì)了如圖2所示的測(cè)試工裝，主要包括下主體、上主體、上蓋、磁鐵、對(duì)接套筒、接地柱等組成部分。對(duì)接套筒根據(jù)接線板螺釘結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)接套筒把接線板的整個(gè)螺釘頭套住，加大與接線板螺釘頭及其墊片的接觸面積，可有效避免測(cè)試過程中振動(dòng)或抖動(dòng)引起打火問題，且有效解決對(duì)接偏移或虛接的情況。接線柱內(nèi)設(shè)彈簧結(jié)構(gòu)，對(duì)接套筒可隨對(duì)接情況進(jìn)行線性移動(dòng)，適應(yīng)于不同誤差大小的接線板；磁鐵用于固定工裝于電器盒連接片鈑金件上，起固定作用。下主體為POM材質(zhì)，上主體為透明有機(jī)玻璃，可觀察內(nèi)部對(duì)接情況。接拆方便，安全性和可靠性較高，可實(shí)現(xiàn)脫落自動(dòng)斷電，對(duì)接后帶電部分的封閉性較好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

圖2 測(cè)試工裝結(jié)構(gòu)圖

以下主體為例，根據(jù)接線板擋板間歇設(shè)計(jì)了間歇槽，對(duì)于連接片鈑金件上的螺釘孔和警告標(biāo)識(shí)做了避讓。對(duì)于和上主體、上蓋組成部件采用螺釘螺栓固定，預(yù)留螺釘孔位。對(duì)接套筒、接地組件采用過盈配合實(shí)現(xiàn)裝配連接。如圖3為下主體主視圖。對(duì)接套筒進(jìn)行分段式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分段對(duì)接自動(dòng)斷電控制功能，當(dāng)工裝處于自由狀態(tài)時(shí)，前后對(duì)接銅柱因彈簧作用，而處于斷開狀態(tài)；當(dāng)工裝與接線板進(jìn)行對(duì)接時(shí)，前后對(duì)接銅柱受擠壓，而處于導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。

圖3 下主體主視圖

該三位快速接線工裝有2組接線套筒，包括動(dòng)銅柱1和動(dòng)銅柱2，與接線板接觸部分為動(dòng)銅柱1，有效行程為8mm，動(dòng)銅柱2有效行程為4.5mm。第1組對(duì)接裝置定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈簧：彈性系數(shù)：0.29N/mm；彈簧長(zhǎng)度：20mm；初始狀態(tài)被壓縮長(zhǎng)度：9.5mm；定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈力：0.29×9.5=2.75N；完成對(duì)接被壓縮長(zhǎng)度：17.5 mm；定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈力：0.29×17.5＝5.07N。第2組對(duì)接裝置定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈簧：彈性系數(shù)：0.29 N/mm；彈簧長(zhǎng)度：11mm；初始狀態(tài)被壓縮長(zhǎng)度：11mm；定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈力：0.29×11＝3.191N；完成對(duì)接被壓縮長(zhǎng)度：15.5mm；定銅柱與動(dòng)銅柱間的彈力：0.29×15.5=4.49N。最終選擇磁鐵材料為釹鐵硼，磁力達(dá)4 kg，規(guī)格12×10×40 mm。如圖4為對(duì)接組件圖。

圖4 對(duì)接組件圖

2 載流能力分析

根據(jù)空調(diào)商檢測(cè)試工藝要求工裝理論上需要承載電流120 A以上，需要避免工裝因接觸面積小或者啟動(dòng)電流大產(chǎn)生的打火問題。工裝存在2處對(duì)接，第1處采用錐面對(duì)接方案，第二處采用套筒+銅鍍銀導(dǎo)電橡膠對(duì)接方案。

對(duì)銅柱錐面對(duì)接方案的承載理論電流進(jìn)行分析，分段對(duì)接錐面面積實(shí)測(cè)約為15mm2，銅柱截面積為3.14×22=12.56 mm2，如錐面和錐孔加工精度足夠高，錐面與錐孔配合良好，則理論上此對(duì)接環(huán)節(jié)承載的最大電流估算為12.56×25/2.5=125.6 A（25/2.5是參考電線線徑的標(biāo)稱電流進(jìn)行估算，2.5mm2線徑的電線最大電流承載25A，同樣大小的銅柱理論上承載電流要比電線大）。

對(duì)套筒與接線板的對(duì)接方案理論承載電流進(jìn)行分析，套筒與接線板的對(duì)接面積分2部分，第一部分是套筒與接線板螺釘頭的側(cè)邊配合，螺釘頭的側(cè)邊面積為18.8mm2,因接線工裝有個(gè)向下的轉(zhuǎn)矩，所以套筒能與螺釘頭的側(cè)邊接觸的面積約占1/2，即9.4 mm2；第二部分是套筒里面的銅鍍銀導(dǎo)電橡膠與螺釘頭接觸，如下圖紅色區(qū)域，單個(gè)螺釘頭的面積約8.46/3=2.88mm2；所以套筒與接線板的對(duì)接的總接觸面積為9.4+2.88=12.28mm2，即理論承載電流估計(jì)約12.28×25/2.5=122.8A。綜上分析，工裝的承載理論電流最大為120 A左右。

對(duì)快速接線工裝的承載電流能力進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，試驗(yàn)設(shè)備包括負(fù)載柜、繼電器電氣壽命試驗(yàn)裝置、繼電器等，試驗(yàn)接線圖如圖5所示，在220 V恒定電壓條件下，通過改變負(fù)載柜的電阻來調(diào)節(jié)電流從30～100 A變化，通電時(shí)間由繼電器電氣壽命試驗(yàn)裝置設(shè)定并控制繼電器的通斷。

圖5 試驗(yàn)接線圖

圖6 對(duì)接組件實(shí)物圖

圖7 工裝使用圖

設(shè)置3組試驗(yàn)，試驗(yàn)1為調(diào)節(jié)負(fù)載柜的電阻使電流從30～100 A變化，步進(jìn)為5A，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)時(shí)間為5秒；試驗(yàn)2為調(diào)節(jié)負(fù)載柜的電阻使電流從40～70 A變化，步進(jìn)為5 A，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)時(shí)間為15秒；試驗(yàn)3為調(diào)節(jié)負(fù)載柜的電阻使電流從70～75 A變化，步進(jìn)為5A，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)時(shí)間為20秒。表1為測(cè)試電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)熱不明顯，測(cè)試正常，當(dāng)電流超過70 A以上，通電時(shí)間15秒以上時(shí)，有明顯的發(fā)熱，發(fā)熱點(diǎn)主要集中在工裝的各接線點(diǎn)、對(duì)接點(diǎn)，但絕緣皮、銅鍍銀導(dǎo)電墊片未見明顯軟化現(xiàn)象滿足要求，試驗(yàn)2、試驗(yàn)3測(cè)試數(shù)據(jù)均滿足要求，不一一列出。綜上，快速接線工裝單路可承載電流能力超過100 A的強(qiáng)電流（測(cè)試電壓220 V），可滿足公司現(xiàn)有機(jī)型（含部分商用機(jī)型）的電流要求。

表1 測(cè)試電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 可靠性驗(yàn)證

快速接線工裝采用分段對(duì)接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工裝脫落自動(dòng)斷電功能，在自然不受力狀態(tài)下，因?yàn)閺椈闪Φ淖饔?，前后兩段銅柱斷路，只有前段銅柱受外力想后移動(dòng)一段距離（理論值3.5mm）之后才會(huì)形成通絡(luò)，所以當(dāng)工裝與接線板對(duì)接時(shí)能夠?qū)ㄐ纬苫芈?，而意外脫落時(shí)則迅速斷路，從而使裸露在外面的銅柱不帶電，避免員工觸電等安全隱患。

通過結(jié)構(gòu)巧妙配合，產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩，使接線套筒與接線板螺釘頭有足夠的卡緊力，確保工裝在測(cè)試過程中接觸穩(wěn)定可靠，不因臺(tái)車震動(dòng)而出現(xiàn)打火、松脫等問題，通過對(duì)接線套筒裝置結(jié)構(gòu)巧妙設(shè)計(jì)，可防工裝虛接，只有工裝對(duì)接到位才能測(cè)試：當(dāng)工裝對(duì)接到位時(shí)：接線套筒的卡緊力將使工裝基本與電器盒鈑金件垂直，且能產(chǎn)生額外轉(zhuǎn)矩阻礙工裝向下掉（即抗震功能），這時(shí)磁鐵的磁力將大于套筒里彈簧的彈力，從而使工裝對(duì)接穩(wěn)定可靠，注意：?jiǎn)斡写盆F的磁力是無法使工裝對(duì)接穩(wěn)定可靠，因?yàn)楫?dāng)工裝接好測(cè)試工藝線后，磁鐵的磁力是無法與工裝向下的轉(zhuǎn)矩抗衡。當(dāng)工裝虛接、對(duì)接偏移時(shí)：接線套筒將與接線板的螺釘頭配合不到位，從而套筒將產(chǎn)生不了卡緊力或額外轉(zhuǎn)矩，這時(shí)接線套筒中彈簧的彈力將使工裝與電器盒鈑金件不垂直，從而使工裝對(duì)接不上、吸不緊而無法測(cè)試，即可避免工裝因虛接而產(chǎn)生的打火問題。

接線工裝與接線板形成基本封閉的對(duì)接區(qū)域，間隙在2～3mm，并且間隙在接線板內(nèi)側(cè)，員工在不破壞現(xiàn)有的對(duì)接狀態(tài)，是碰不到帶電部分的，提升了測(cè)試安全性?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試使用快速接線工裝對(duì)接3000次后，對(duì)接組件表面無磨損，電阻基本無變化，可靠性高。

4 結(jié)論

快速接線工裝顛覆了傳統(tǒng)的接線工裝結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)接拆線工藝方法，實(shí)現(xiàn)了接/拆線一步到位。商檢測(cè)試時(shí)使用快速接線測(cè)試工裝給電測(cè)試，員工都不會(huì)碰到帶電部分，避免觸電等安全隱患，提升操作安全性?？焖俳泳€工裝具備自動(dòng)斷電保護(hù)功能，當(dāng)工裝意外脫落時(shí)，能迅速斷電，避免觸電等危險(xiǎn)；工裝單路的承載電流能力超過100 A，避免工裝因接觸面積小而產(chǎn)生的打火問題；實(shí)現(xiàn)工裝不虛接、不打火、不松脫等問題，確保工裝在測(cè)試過程中接觸穩(wěn)定可靠。實(shí)現(xiàn)接/拆線一步到位，每次接/拆線時(shí)間控制在3秒以內(nèi)，提高效率，實(shí)現(xiàn)減員增效，單班可減員2人，全公司推廣后可實(shí)現(xiàn)減員約80人，年降成本約400萬元。