氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備的研究與開發

穆永杰， 孫保福， 王 陸， 陳俊華

（1.菏澤職業學院， 山東 菏澤 274000； 2.浙江大學寧波理工學院， 浙江 寧波315100）

0 引言

目前， 現有技術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裝上一個防拆彈簧擋圈[1]，即把防拆彈簧擋圈壓入壓帽的空隙內，用于防止壓帽在使用過程中出現松動、 松脫至誤拆的現象。但是防拆彈簧擋圈在安裝時，均是通過工人手動安裝上去的，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，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上，這樣就使得工人在安裝過程中容易出現被工具劃傷的問題。 因此現有技術存在工作效率較低，容易出現工傷，沒有專用于安裝防拆彈簧擋圈設備的問題。 鑒于以上問題，本文重點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裝配設備。

1 氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈的自動裝配設備的技術方案

氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備中， 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壓桿， 壓桿壓防拆彈簧擋圈的一端設計成有凸起和凹槽的圓弧長度很小的圓弧形結構，閥體不動，壓桿直接把擋圈整體壓入壓帽內[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， 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，并且需要工人兩個手同時工作才可完成，消耗體力且效率不高。另一種是把壓桿的一端設計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，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，壓進的效率不高。

圖1 雙邊壓入式防拆彈簧擋圈的自動裝配設備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裝配設備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。 根據原理圖設計的技術方案是：設計具有以下結構的氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備，它具有基座、轉盤和壓桿和相應的動力設備。 其中，轉盤與基座轉動連接，轉盤設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

由以上結構圖可知， 該裝置由于在基座上設置了轉盤和壓桿，且轉盤設有與壓帽形狀相配的限位孔，則可以將閥放置在轉盤的限位孔中， 轉盤轉動時可帶著閥一起轉動， 而壓桿則可在閥轉動過程中將防拆彈簧擋圈壓入壓帽邊口內。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，同時壓桿保持此時的狀態， 接著轉動轉盤使得閥與轉盤一起轉動一圈后， 壓桿即可自動將防拆彈簧擋圈完全壓入壓帽邊口內， 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，壓桿也不會碰到工人的手，使得工人操作時的安全性較好，不易出現工傷的情況，且工作效率也得到提高。因此該設備具有工作效率較高、不易出現工傷及專用安裝防拆彈簧擋圈的特點。

2 設備的機械結構設計

2.1 壓桿的設計

2.1.1 壓桿壓頭的設計

在氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備中，壓桿壓頭的設計是極其重要的一個環節。 因為壓桿壓入彈簧擋圈一端設計的形狀、尺寸和壓入點的位置，直接影響到對工作人員體力的消耗和操作成功的效率。

根據實踐中常用的氣瓶閥門的有關尺寸可得： 壓帽出空隙的外徑是33mm，空隙內徑是30mm，防拆彈簧擋圈的外徑是32mm，直徑是1mm[3]。

在設計中，如果壓頭的弧度太大，一方面會使壓頭很難壓入壓帽內，另一方面即便壓入壓帽內后，對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。 根據實踐中的有關數據，壓桿壓頭的設計尺寸為：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 壓桿的結構示意圖Fig.5 Schematic diagram of the struts

2.2.2 壓桿長度的設計

因為該工位相對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。 她們能連續長期工作所用的手的力量在25～40N 之間， 此處工作人員對壓桿的作用力取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。

壓桿水平時為正常工作，此時壓簧被壓縮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—擋圈對壓頭的作用力；f1—壓簧對壓桿的作用力。

當工作人員取閥體時，壓頭要抬高1cm，閥才可方便取出。 此時擋圈對壓桿沒有作用力。 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—工作人員對壓簧壓縮值；h—壓擋圈時壓簧的壓縮值；F1—在工作人員作用力下， 壓簧對壓桿的作用力；F—工作人員對壓桿的作用力；l—工作人員的對壓桿的作用點到壓簧的距離；L—壓桿總長度。

2.2 傳動機構的設計

調速電機與減速箱連接， 減速箱與轉盤通過連接盤連接。 當調速電機旋轉時，通過減速箱的減速后，再和連接盤連接，連接盤帶動轉盤和閥體同時旋轉。轉盤上的限位空可以把閥體卡住，在旋轉時，閥體不會脫離轉盤。

調速電機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；減速箱的減速機構的設計，采用皮帶輪連接，皮帶輪的傳動比大約為5，轉盤的轉速約為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 的小功率調速電機也可以輕松的帶動轉盤；轉盤位于基座之上，用于固定閥體，下面與傳動軸焊接連接，傳動軸與基座之間用軸承連接。所以當調速電機旋轉時，轉盤可以一起旋轉。 轉盤的設計形狀：外徑10cm，高8cm；內六邊形的邊長3cm，深度為3cm。 如圖7 所示。

綜合以上設計，氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備的結構示意圖如圖8 所示。

為了驗證本設備的優勢所在， 在設備購買商寧波富華閥門有限公司實際生產中對常用設備與本設備進行操作對比，得到的有關參數如表1 所示。

實驗結論：本設備操作輕便靈活，便于工人長時間工作，工作效率高且不易出現工傷，符合設計要求。

圖7 轉盤Fig.7 Turntable

圖8 氣瓶閥門壓帽防拆彈簧擋圈自動裝配設備的的結構示意圖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 常用設備與本設備的參數對比Tab.1 Comparison of parameters between common equipment and this equipment

3 結論

壓桿的設計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。調速電機和減速箱的使用，保證防拆彈簧擋圈能被有效地壓入壓帽邊口內， 使得使用穩定性更好，設備成本降低。 腳踏開關的設置，使得工人的手和腳遠離轉動部件，防止出現安全事故，工人操作的安全性更好。總之，本設備不僅解決工人在安裝時費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。