夏永勝，楊 平

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件質(zhì)量提出了越來越高的要求。泄漏檢測(cè)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(jìn)行泄漏檢測(cè)?，F(xiàn)在國內(nèi)的檢測(cè)方法有浸水式檢測(cè)、充氣式檢測(cè)、壓差式檢測(cè)、流量式檢測(cè)等。本文設(shè)計(jì)的試漏機(jī)采用浸水式，使用密封件對(duì)工件進(jìn)行密封，再將被試工件的工作腔充入一定壓強(qiáng)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(duì)于其他方法來說，這種方法會(huì)弄濕工件，且自動(dòng)化程度相對(duì)較低，但浸水式可以找到工件的泄漏部位，這對(duì)于車橋零部件這種鑄件是非常重要。

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

1 試漏機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

試漏機(jī)的設(shè)計(jì)共分為三部分：機(jī)械部分、液壓站和控制系統(tǒng)。機(jī)械部分是一個(gè)整體的框架，起支撐作用，并用于放置部件。其重點(diǎn)部分是支撐架，工作時(shí)將工件放在支撐架上對(duì)其進(jìn)行加壓，對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵件我們采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來校核其是否滿足強(qiáng)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(jìn)行測(cè)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(jì)了一個(gè)單獨(dú)的液壓站。液壓傳動(dòng)可以輸出大的推力和扭矩，實(shí)現(xiàn)低速大噸位的運(yùn)動(dòng)，能使執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。試漏機(jī)整體控制使用PLC系統(tǒng)。試漏機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 試漏機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

通過對(duì)被測(cè)試零件的分析，發(fā)現(xiàn)各個(gè)回轉(zhuǎn)體零件的半徑和高度不同，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了不同高度和凹下直徑的底座來配合不同的零件。每個(gè)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(jì)為一個(gè)大圓盤，這個(gè)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(jìn)入試漏機(jī)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(jìn)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(dòng)工件到滑道，滑道帶動(dòng)零件到指定位置后下線，一個(gè)工作循環(huán)完成。試漏機(jī)的工作過程如圖2所示。

2 浸水支撐架的設(shè)計(jì)和分析

試漏機(jī)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(duì)這個(gè)支撐架進(jìn)行強(qiáng)度校核，因?yàn)槿糁渭茏冃翁髮?huì)直接影響到試漏機(jī)測(cè)試的效果。支撐架實(shí)體模型如圖3所示。

圖2 試漏機(jī)的工作過程

圖3 支撐架實(shí)體模型

一般在ANSYS Workbench中進(jìn)行有限元分析時(shí)，為了節(jié)省資源需要對(duì)復(fù)雜的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的模型不會(huì)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(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)、24 089個(gè)單元；最后設(shè)計(jì)約束和力，給底面施加一個(gè)80 000 N的力，給上頂施加一個(gè)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(gè)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(gè)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(jì)

液壓系統(tǒng)提供一定壓力的液壓油來傳輸動(dòng)力，一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)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(dòng)力。電機(jī)帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪泵工作，齒輪泵的兩個(gè)出口分別接兩套液壓控制回路，兩套試漏機(jī)設(shè)備可以獨(dú)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(diǎn)壓力表來進(jìn)行控制，加壓到一定值的時(shí)候，使用液壓鎖來進(jìn)行保壓，以保證整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程中所需要的壓力。

3.2 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力來源，它的可靠性和穩(wěn)定性直接決定了整個(gè)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(dòng)對(duì)液壓系統(tǒng)的影響，同時(shí)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(gè)閥體，根據(jù)安裝的方便，兩個(gè)閥體稍微有點(diǎn)差別。電機(jī)采用了立式電機(jī)，雙聯(lián)齒輪泵的兩個(gè)出口分別連接兩個(gè)閥體。壓力油經(jīng)過各種閥再到缸體，缸體回油到風(fēng)冷機(jī)和回油過濾器，最后回油到油箱。

1-液位計(jì)；2-油箱；3-濾油器；4-空氣濾清器；5-雙聯(lián)泵；6，10-電接點(diǎn)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(jì)

試漏機(jī)控制系統(tǒng)主要利用PLC控制器完成檢測(cè)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(yùn)動(dòng)控制、支撐架上升和下降的運(yùn)動(dòng)控制、工件輸送的運(yùn)動(dòng)控制。需要完成的檢測(cè)任務(wù)包括：工件輸送到位的檢測(cè)、工件保壓值的檢測(cè)，液壓系統(tǒng)中加壓缸和升降缸極限位置的檢測(cè)。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(shí)際的裝配和調(diào)試可以保證試漏機(jī)工作的快速性和檢測(cè)質(zhì)量的穩(wěn)定性，實(shí)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(jī)實(shí)現(xiàn)了工件檢測(cè)試漏的自動(dòng)化，使工廠的自動(dòng)化進(jìn)程又推進(jìn)了一步。經(jīng)過實(shí)際的工廠運(yùn)行驗(yàn)證，試漏機(jī)極大地提高了工件檢測(cè)的效率，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。使用PLC控制系統(tǒng)減少了勞動(dòng)力，提高了勞動(dòng)效率。