全自動試漏機的設計

夏永勝，楊 平

(合肥工業大學 機械工程學院，安徽 合肥 230009)

0 引言

近年來，隨著汽車制造業的飛速發展，日趨激烈的市場競爭對汽車發動機零部件質量提出了越來越高的要求。泄漏檢測是保證產品質量和生產安全的重要工序,它在生產過程中的作用已經得到了廣泛的認可，其應用領域也越來越廣，從以前的汽車制造業到現在一般的日用品行業、家用電器、醫療器械等。

在汽車車橋的生產制造過程中，有許多零部件都有嚴格的氣密性要求，如連接座、輪轂等，均需要進行泄漏檢測。現在國內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。

自動化試漏設備中的測試介質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生流體的泄漏。

1 試漏機總體方案設計

試漏機的設計共分為三部分：機械部分、液壓站和控制系統。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，對于這個關鍵件我們采用計算機輔助設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，看是否有氣泡產生，并確認工件是否合格。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，實現低速大噸位的運動，能使執行元件的運動十分平穩，還具有反應速度快、控制方便、調速范圍大、易于實現自動化等優點。試漏機整體控制使用PLC系統。試漏機結構示意圖如圖1所示。

圖1 試漏機結構示意圖

通過對被測試零件的分析，發現各個回轉體零件的半徑和高度不同，為此我們設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，一個工作循環完成。試漏機的工作過程如圖2所示。

2 浸水支撐架的設計和分析

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，為了節省資源需要對復雜的模型進行簡化，簡化后的模型不會影響到分析結果的精度。將在SoildWorks中建好的支撐架三維模型轉化為xt格式，導入到Workbench的geometry中，設置材料為Q235，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.27，密度為7 830 kg/m3;之后進行網格劃分，單元尺寸為10 mm,采用四面體網格，劃分為177 193個節點、24 089個單元；最后設計約束和力，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。

圖4 支撐架變形云圖

3 液壓系統的設計

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

3.1 液壓系統工作原理

液壓系統中有兩套相同的液壓回路，采用雙聯齒輪泵分別為兩套回路提供動力。電機帶動雙聯齒輪泵工作，齒輪泵的兩個出口分別接兩套液壓控制回路，兩套試漏機設備可以獨立地工作，通過先導式電磁卸荷溢流閥來控制系統的工作或卸荷。圖5為液壓系統工作原理。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，以保證整個設備運行過程中所需要的壓力。

3.2 液壓站的結構設計

液壓站是液壓系統的重要組成部分，是整個系統的動力來源，它的可靠性和穩定性直接決定了整個系統的穩定性和可靠性。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，雙聯齒輪泵的兩個出口分別連接兩個閥體。壓力油經過各種閥再到缸體，缸體回油到風冷機和回油過濾器，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-雙聯泵；6，10-電接點壓力表；7-先導式電磁卸荷溢流閥；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 控制系統的設計

試漏機控制系統主要利用PLC控制器完成檢測和控制任務，控制原理如圖6所示。需要完成的控制任務包括：液壓系統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包括：工件輸送到位的檢測、工件保壓值的檢測，液壓系統中加壓缸和升降缸極限位置的檢測。通過電磁開關來控制液壓缸的位置可以很準確地定位，經過實際的裝配和調試可以保證試漏機工作的快速性和檢測質量的穩定性，實現了低成本和高效率的目標。

圖6 控制系統原理圖

5 結語

試漏機實現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，具有很好的經濟效益和應用價值。使用PLC控制系統減少了勞動力，提高了勞動效率。