氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備的研究與開發(fā)

穆永杰， 孫保福， 王 陸， 陳俊華

（1.菏澤職業(yè)學(xué)院， 山東 菏澤 274000； 2.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院， 浙江 寧波315100）

0 引言

目前， 現(xiàn)有技術(shù)用于氣瓶的閥門是為了防止閥體上壓帽松開，在壓帽旋緊后，需要再在壓帽邊口內(nèi)裝上一個(gè)防拆彈簧擋圈[1]，即把防拆彈簧擋圈壓入壓帽的空隙內(nèi)，用于防止壓帽在使用過程中出現(xiàn)松動(dòng)、 松脫至誤拆的現(xiàn)象。但是防拆彈簧擋圈在安裝時(shí)，均是通過工人手動(dòng)安裝上去的，故工作效率較低；且又由于防拆彈簧擋圈是脹緊在壓帽邊口內(nèi)，則需要工人有一定的力量，且還需要借助尖銳工具才能將防拆彈簧擋圈安裝到壓帽邊口內(nèi)上，這樣就使得工人在安裝過程中容易出現(xiàn)被工具劃傷的問題。 因此現(xiàn)有技術(shù)存在工作效率較低，容易出現(xiàn)工傷，沒有專用于安裝防拆彈簧擋圈設(shè)備的問題。 鑒于以上問題，本文重點(diǎn)在于研究一種工作效率高且無工傷的氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備。

1 氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈的自動(dòng)裝配設(shè)備的技術(shù)方案

氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備中， 常用于把擋圈壓入壓帽方式有兩種： 一種是閥體兩邊各有一個(gè)壓桿， 壓桿壓防拆彈簧擋圈的一端設(shè)計(jì)成有凸起和凹槽的圓弧長度很小的圓弧形結(jié)構(gòu)，閥體不動(dòng)，壓桿直接把擋圈整體壓入壓帽內(nèi)[2]，如圖1 所示。 由于壓帽與閥體間的空隙較小， 把擋圈整體壓入壓帽時(shí)， 容易造成擋圈偏移，無法完全把擋圈壓入壓帽且造成壓帽的損壞，并且需要工人兩個(gè)手同時(shí)工作才可完成，消耗體力且效率不高。另一種是把壓桿的一端設(shè)計(jì)成直徑和防拆彈簧擋圈壓入壓帽的空隙一樣大小的半圓形的凸起和凹槽，閥體不動(dòng)，壓桿的另一端用氣缸頂壓，如圖2 所示。盡管該方法能減少工人的體力消耗， 但是仍然由于壓帽與閥體間的空隙較小，壓進(jìn)的效率不高。

圖1 雙邊壓入式防拆彈簧擋圈的自動(dòng)裝配設(shè)備Fig.1 Automatic assembly equipment of double-side press-in type anti-disassembly spring retainer

圖2 單邊壓入式防拆彈簧擋圈的自動(dòng)裝配設(shè)備Fig.2 Automatic assembly equipment for single side press-in type spring stop ring

解決以上問題的基本原理圖如圖3 所示。 根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)具有以下結(jié)構(gòu)的氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備，它具有基座、轉(zhuǎn)盤和壓桿和相應(yīng)的動(dòng)力設(shè)備。 其中，轉(zhuǎn)盤與基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)盤設(shè)有與壓帽形狀相配的限位孔，壓桿的中部與基座鉸接，壓桿一端設(shè)有向下的凸起，且凸起位于限位孔的上方。 如圖4 所示。

圖3 防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配基本原理圖Fig.3 Basic principle diagram of automatic assembly of spring stop ring

圖4 氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈圖Fig.4 Cylinder valve pressure cap anti-disassembly spring retainer

由以上結(jié)構(gòu)圖可知， 該裝置由于在基座上設(shè)置了轉(zhuǎn)盤和壓桿，且轉(zhuǎn)盤設(shè)有與壓帽形狀相配的限位孔，則可以將閥放置在轉(zhuǎn)盤的限位孔中， 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可帶著閥一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 而壓桿則可在閥轉(zhuǎn)動(dòng)過程中將防拆彈簧擋圈壓入壓帽邊口內(nèi)。使用方法是：先將放上防拆彈簧擋圈并旋緊壓帽后的閥體放置在轉(zhuǎn)盤的限位孔中， 再通過壓桿的凸起部分將防拆彈簧擋圈的一部分先壓入壓帽邊口內(nèi)，同時(shí)壓桿保持此時(shí)的狀態(tài)， 接著轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤使得閥與轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后， 壓桿即可自動(dòng)將防拆彈簧擋圈完全壓入壓帽邊口內(nèi)， 最后壓下壓桿的另一端使得壓桿凸起部分抬起并取出閥即可。 因此安裝過程中工人沒有接觸到閥體。 即使壓桿滑脫時(shí)，壓桿也不會(huì)碰到工人的手，使得工人操作時(shí)的安全性較好，不易出現(xiàn)工傷的情況，且工作效率也得到提高。因此該設(shè)備具有工作效率較高、不易出現(xiàn)工傷及專用安裝防拆彈簧擋圈的特點(diǎn)。

2 設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 壓桿的設(shè)計(jì)

2.1.1 壓桿壓頭的設(shè)計(jì)

在氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備中，壓桿壓頭的設(shè)計(jì)是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 因?yàn)閴簵U壓入彈簧擋圈一端設(shè)計(jì)的形狀、尺寸和壓入點(diǎn)的位置，直接影響到對(duì)工作人員體力的消耗和操作成功的效率。

根據(jù)實(shí)踐中常用的氣瓶閥門的有關(guān)尺寸可得： 壓帽出空隙的外徑是33mm，空隙內(nèi)徑是30mm，防拆彈簧擋圈的外徑是32mm，直徑是1mm[3]。

在設(shè)計(jì)中，如果壓頭的弧度太大，一方面會(huì)使壓頭很難壓入壓帽內(nèi)，另一方面即便壓入壓帽內(nèi)后，對(duì)閥體的移出工位有一定的阻礙作用，不便于工作人員的操作。 如果壓桿的壓頭太小， 會(huì)使壓頭的凹槽和凸起很難卡住防拆彈簧擋圈，造成操作失敗。 根據(jù)實(shí)踐中的有關(guān)數(shù)據(jù)，壓桿壓頭的設(shè)計(jì)尺寸為：壓頭的弧長8mm，壓頭凹槽直徑2mm，凸起高1mm，厚度0.5mm。 如圖5 所示。

圖5 壓桿的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of the struts

2.2.2 壓桿長度的設(shè)計(jì)

因?yàn)樵摴の幌鄬?duì)而言不需要很大的力氣，因此在該工位處工作的人員大多是女性。 她們能連續(xù)長期工作所用的手的力量在25～40N 之間， 此處工作人員對(duì)壓桿的作用力取30N[4]。 在不影響工作人員正常工作的前提下，考慮到設(shè)備的占用空間和精致性等因素，壓頭到鉸接座的距離l1為5cm，壓簧到鉸接座的距離l2為10cm。

壓桿的受力圖簡化如圖6 所示。

壓桿水平時(shí)為正常工作，此時(shí)壓簧被壓縮1 厘米，壓頭一端所受的力是40N，手沒有作用力。 受力分析得：

圖6 壓桿受力圖Fig.6 Bar Stress Diagram

得：

其 中：l1—壓 頭 到 鉸接 座 的 距 離；l2—壓簧到鉸接座的距離；f—擋圈對(duì)壓頭的作用力；f1—壓簧對(duì)壓桿的作用力。

當(dāng)工作人員取閥體時(shí)，壓頭要抬高1cm，閥才可方便取出。 此時(shí)擋圈對(duì)壓桿沒有作用力。 由杠桿原理得：

壓桿總長度：L=l1+l2+l=0.05+0.1+0.1=0.25m

其中：H—工作人員對(duì)壓簧壓縮值；h—壓擋圈時(shí)壓簧的壓縮值；F1—在工作人員作用力下， 壓簧對(duì)壓桿的作用力；F—工作人員對(duì)壓桿的作用力；l—工作人員的對(duì)壓桿的作用點(diǎn)到壓簧的距離；L—壓桿總長度。

2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

調(diào)速電機(jī)與減速箱連接， 減速箱與轉(zhuǎn)盤通過連接盤連接。 當(dāng)調(diào)速電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過減速箱的減速后，再和連接盤連接，連接盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤和閥體同時(shí)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤上的限位空可以把閥體卡住，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥體不會(huì)脫離轉(zhuǎn)盤。

調(diào)速電機(jī)通過連接桿固在基座上， 它的選用可以增大壓桿的壓力， 保證防拆彈簧擋圈能被有效地壓入壓帽邊口內(nèi)；減速箱的減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用皮帶輪連接，皮帶輪的傳動(dòng)比大約為5，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速約為15r/min，使得第一皮帶輪的扭矩增加， 在增大壓桿的壓力的情況下， 即使使用低于300W 的小功率調(diào)速電機(jī)也可以輕松的帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤；轉(zhuǎn)盤位于基座之上，用于固定閥體，下面與傳動(dòng)軸焊接連接，傳動(dòng)軸與基座之間用軸承連接。所以當(dāng)調(diào)速電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)盤可以一起旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)形狀：外徑10cm，高8cm；內(nèi)六邊形的邊長3cm，深度為3cm。 如圖7 所示。

綜合以上設(shè)計(jì)，氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8 所示。

為了驗(yàn)證本設(shè)備的優(yōu)勢(shì)所在， 在設(shè)備購買商寧波富華閥門有限公司實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)常用設(shè)備與本設(shè)備進(jìn)行操作對(duì)比，得到的有關(guān)參數(shù)如表1 所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本設(shè)備操作輕便靈活，便于工人長時(shí)間工作，工作效率高且不易出現(xiàn)工傷，符合設(shè)計(jì)要求。

圖7 轉(zhuǎn)盤Fig.7 Turntable

圖8 氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動(dòng)裝配設(shè)備的的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Schematic diagram of the structure of the automatic assembly equipment for the detachable spring retaining ring of the pressure cap of the gas cylinder valve

表1 常用設(shè)備與本設(shè)備的參數(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of parameters between common equipment and this equipment

3 結(jié)論

壓桿的設(shè)計(jì)使得的操作更加簡單，工作效率更高，且工人的安全性也更好。調(diào)速電機(jī)和減速箱的使用，保證防拆彈簧擋圈能被有效地壓入壓帽邊口內(nèi)， 使得使用穩(wěn)定性更好，設(shè)備成本降低。 腳踏開關(guān)的設(shè)置，使得工人的手和腳遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)部件，防止出現(xiàn)安全事故，工人操作的安全性更好?？傊?，本設(shè)備不僅解決工人在安裝時(shí)費(fèi)力和容易被工具劃傷的問題，還解決了工作效率較低的問題。