缸體水套測漏機設計與實現

關 薇

（大連職業技術學院，遼寧 大連116037）

1 測漏機總體設計方案

缸體水套是否泄漏，是控制發動機質量的一個重要指標，因此，泄漏檢測對保證缸體水套的質量起著重要的作用，所設計的缸體水套測漏機可以進行在線全自動干式/濕式定量氣密性檢測，由干式、濕式兩個工位組成。在干式工位中工件輸送滾道下降，使工件落到定位塊上，主壓封氣缸下降固定及封堵工件，側壓封氣缸對工件自動封堵，由檢測系統對工件密閉容腔充入規定壓力氣體（0.4MPa），由泄漏儀根據泄漏量判定工件合格與否；通過工件的安裝孔（2—Φ6.8㎜）進行一面兩銷定位，定位機構采用尼龍材料機加工而成以保證不碰傷工件；封堵夾具采用液壓系統驅動對工件進行合理、準確地封堵。在濕式工位中，在工件定位、夾緊、封堵后，充入一定的壓縮空氣，設有可自動升起的不合格件泄漏部位檢查水箱，工件置入水中觀察，觀察氣泡查找泄漏部位。此種方式可實現檢測工件的快速通過，保持整線的節拍穩定，并使不合格工件的漏點確認得以并聯雙線處理，縮短測量時間，并使后處理工序更加主動靈活。

2 泄漏測試原理及氣路設計

干式泄漏檢測方法目前主要有絕對壓力法、壓差法、流量法、浸水法等。在選擇檢測方法之前要確立檢測的要求，不同的產品允許泄漏率應采用不同的測試方法，除了要考慮其經濟性外，還必須對響應時間、檢測要求等作全面評價，使所選的測漏方法滿足產品性能要求。在本設備中采用直壓檢漏法，既能滿足產品性能要求，又使測量系統相對比較簡單。

以干燥空氣為介質的泄漏測試原理是：對被測腔以一定壓力充氣，然后檢測空氣損失，如果被測件具有泄漏現象，則會有壓力下降，可選其作為測量參量，由熱力學經典公式波伊耳定律及流體力學知識可推出壓力下降轉換為泄漏量公式：

式中，

Q 為泄漏量，（ml/min）；

V 為被測件內腔容積，（ml）；

△P 為壓差，（Pa）；

t 為檢測時間，（s）；

這個公式說明在溫度、內腔容積一定的情況下，泄漏率Q 與腔內壓力變化△P 的關系，經過一定的檢測時間t 后（一般大于20 s），則可根據壓力變化△P來判定該工件“是否有泄漏”。氣密容器內氣體的壓強會因氣體的泄漏而降低,直壓檢漏法就是利用測得的實際壓力與設定壓力的差來計算泄漏量。

通過上述分析知，氣路泄漏直接影響檢測結果，在對試漏儀氣路設計中應該注意：氣路所用接頭部位均采用鎖母式連接以保證管路無泄漏，并且采用無泄漏電磁換向閥與集裝板作為構成氣路的部件，由于被檢測工件有兩個腔體，為防止工件內部串腔誤判合格，因此工件測試過程分成內道和外道兩個腔單獨檢測，工件檢測氣路如圖1所示。

圖1 工件檢測氣路示意圖

2 測漏機夾具封堵部件設計

2.1 密封件結構設計

缸體水套有頂面和兩個側面的孔需要進行封堵，缸體頂面封堵示意圖如圖2所示，缸體頂面需封堵孔較多且密，1-5標注是每個大孔周圍需要封堵部分，設計初期采用一個大面積聚氨酯板直接進行壓緊、封堵。

圖2 零件頂面封堵孔示意圖

由于一整塊聚氨酯板的接觸面面積過大，導致封堵孔部的壓力分配過小，封堵效果不理想，于是將聚氨酯板改成圖3所示的形狀，封堵效果得到改善，這種封堵方法稱為平墊密封法。

圖3 零件頂面平墊密封結構

在對缸體側面封堵夾具設計時，缸體的各封堵孔端面已進行過加工，圖4為缸體側面封堵孔示意，下面對缸體側面上不同的高度，不同大小的孔夾具采用封堵結構進行介紹，夾具結構見圖5。

圖4 零件側面封堵孔示意圖

圖5 夾具結構示意圖

圖4中所示的是以H202.5孔為例，被封堵的三個孔高度相同，但由于制造等因素影響，缸體不一定與壓板完全保持平行，因各封堵孔高度有偏差，故在封堵機構中采用了浮動機構，通過增加碟簧，來保證每個封堵孔都能可靠密封。選擇碟簧時要充分考慮變形能和剛度等。這種結構減少了各堵頭之間平面度的公差要求，也降低了調試維修難度，H202.5這三個孔的封堵采用了O形密封圈（圖6），這種結構密封效果很好，密封圈屬于標準件，成本也不高。

圖6 O型圈密封結構

圖7 平堵密封結構

對于圖4中的兩個螺紋孔H1的封堵，由于兩個螺紋孔直徑比較小，在封堵機構中采用了調整座進行高度修正，如圖7所示，堵頭采用平堵法密封。

因此在設計中針對不同的封堵部位采用相應的密封結構，可以使密封效果達到最佳。

2.2 封堵油缸的選擇

封堵油缸的選擇是否合理，是夾具密封結構剛度保證。下面介紹一下工程實際中，確定封堵油缸缸徑的方法。測漏時，缸體內部充氣壓力P=0.5MPa，根據被測零件產品圖4中缸體側面六邊形封堵面積S1=59 110mm2，其余各孔面積為S2=9 068mm2。液壓系統的工作壓力P0=6MPa，可以計算出缸體內部產生的氣體壓力F1為：

F1=P1·S1=0.5×106×5 9110×10-6=29 555N

其中，

S1為封堵面積。

油缸的輸出壓力F2為：

式中，

P0為液壓油的壓力（Pa），一般計算時取液壓系統的工作壓力；

A 為液壓缸面積（m2）；

D 為液壓缸內徑尺寸（m）。

只要知道測試壓力與密封夾具夾緊力的關系即可算出液壓缸的直徑，工程實際中一般取夾緊力是測試壓力的3倍左右，F2應該為三倍的F1，由此計算出所需液壓缸的直徑D。

綜上所述，該封堵部位用1個缸徑80的液壓油缸即可。

3 試漏儀參數設置

試漏儀參數設置合理與否，將直接影響測試結果。參數設置如表1所示。

3.1 測試參數分析

試漏儀的測試參數包括：測試壓力、測試時間、測試容積及允許泄漏率。測試壓力是指測量階段工件內的壓力值。該壓力值應盡可能參照實際工作壓力，設定應視工件的工藝參數而定,而不能隨意選擇。

測試時間對測試結果的可信度有很大影響，測試時間長,充入被測腔內的空氣穩定的更好,重復精度高,測試結果更好，可以更好地消除工件內部結構特點產生的影響，可以參見圖8。

圖8 測試時間與測試結果分散關系圖

測試容積是整個測試系統各部分容積的總和，清楚認識到這一點對測漏測試很重要。測試容積應該包括被測工件的內部容積，封堵元件內連接管路的容積，從試漏儀到封堵夾具之間的管路容積，試漏儀內部容積。

3.2 試漏儀具體參數

當測試時間一定時，儀器顯示的泄漏率與容積參數、壓力限定值滿足如下關系：

泄漏率限定值-泄漏率偏移=0.000 6×容積系數×腔內壓力變化(壓力降限定值)/測量時間。

如：12=0.000 6×1 500×200/15

4 控制系統的設計

在測漏機上料-干式檢測工位-輸送-濕式檢測工位-下料的控制系統中采用集中控制，利用PLC與觸摸屏組合的控制方式，提高系統自動化工作水平，在設計中需要注意如下兩方面：

表1 試漏儀參數設置表

4.1 試漏儀與PLC硬件連接

在試漏儀與PLC的硬件連接中重點處理它們之間的輸入和輸出信號關系，以及試漏儀與PLC的電源處理。在本硬件接線中采用試漏儀的內部+24V電源供電，硬件連接方法見圖9及圖10。

圖9 試漏儀接口接線圖

在本測漏機上可以對WP10和WP12兩種工件的內道和外道進行檢測，因此需要4個測試程序（參數），夾具上裝有工件識別裝置，通過Y102和Y103PLC編程進行相應測試程序選擇調用。

圖10 PLC與試漏儀信號連接

4.2 觸摸屏參數設置

根據測漏設備的動作要求，選用1臺日本三菱公司生產的FX2N一128MR及擴展可編程控制器，同時連接兩臺三菱觸摸屏GT1265-VNBA，分別對測漏機干式檢測工位和濕式檢測工位進行操作。硬件連接示意圖如下：

在連接時保證PLC與觸摸屏的正常通訊，在軟件GT-Designer3中正確設置通道參數很關鍵，工位1觸摸屏在“連接機器的設置”對話框中把CH1中的I/F設為“標準I/F(RS422/485)”和CH2選中“使用CH2”,將I/F設為“未連接”，工位2觸摸屏CH1中的I/F設為“標準I/F(RS232)”。

5 結束語

測漏機在現場調試使用過程中，還有很多的技術問題需要探討，諸如機械去耦-多個測試腔的耦合、機床震動、隔離溫度對測量結果的影響等,這些都要從事此方向研究的工程技術人員不斷地去研究。

[1]劉秋鵬.柴油機缸體、缸蓋氣密檢驗裝置[J].機械工程師，2008，(2):36-36.

[2]賀 相.氣密性檢查及其自動化[J].組合機床與自動化加工技術，1991，(4)：18-21.

[3]全 意.一種實用性氣密檢測裝置[J].現代制造工程，2005，(7):99-99.

[4]朱正德，徐 濤.氣門/缸蓋閥座間氣密性檢測的研究[J].汽車科技，2004，(3):37-40.

[5]孫粉英，全 意，殷德喜.柴油機汽缸蓋水道氣密試驗機的設計[J].機械工程師，2004，(11):51-52.

[6]關偉竑，宋寶玉，曲建俊.泄漏檢測方法及試漏機設計中的幾個問題[J].機械工程師，2003，(11):30-31.

[7]譚永良，邸彥召，叢 明，劉 侃，劉 冬.面向汽車制造業的柔性氣密泄漏檢測設備的研究[J].組合機床與自動化加工技術，2008，(8):77-80.

[8]陳國友.發動機泄漏檢測技術與試漏機檢測實踐[J].MC現代零部件，2010，(9):58-60.