尹 浩，吳 曉,，何呂濤，楊 彬

YIN Hao1, WU Xiao1,2, HE Lv-tiao2, YANG Bin1

（1.武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院，武漢 430074；2. 武漢洛特福動力技術(shù)有限公司，武漢 430058）

0 引言

汽車尾氣排放物，不僅給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且時時危害著人們的身體健康。由此看來，對汽車尾氣的處理將顯得格外重要[1～3]。國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量相關(guān)研究[4]。武漢洛特福動力技術(shù)有限公司研制了一款汽車尾氣處理裝置（已在柴油機(jī)上成功使用）。其中一個核心零件就是計量泵，它的功能是根據(jù)實際工況，抽取特制催化劑溶液到一個封閉容器內(nèi)與汽車尾氣產(chǎn)生氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，大大降低甚至消除尾氣中的有害成分，排出無害的氣體。因此，該裝置對計量泵的質(zhì)量和精度要求很高，尤其是對它的流量復(fù)現(xiàn)性精度要求更高[5,6]，在使用前必須對計量泵進(jìn)行全面的檢測和標(biāo)定，為此，本文研制了一款新型的計量泵檢測裝置。經(jīng)試用，該檢測裝置較好地實現(xiàn)了廠家預(yù)定的功能，在其他計量泵檢測方面具有很好的推廣價值。

1 計量泵檢測原理

被測計量泵是汽車尾氣處理裝置的核心零部件，其功能是通過該泵抽起一定的催化劑溶液與汽車排出的尾氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到凈化尾氣的目的，本檢測裝置是為了測試該計量泵的流量是否符合設(shè)計要求而研制。對計量泵的基本要求是在指定的條件下，泵出液體的速率恒定，因此我們的檢測裝置就是測定指定時間內(nèi)泵出液體的質(zhì)量是否在允許誤差范圍內(nèi)。本裝置選擇蒸餾水作為循環(huán)液體，按廠家設(shè)計要求，在60秒內(nèi)泵出蒸餾水的質(zhì)量應(yīng)為25克，正負(fù)誤差0.25克。

計量泵的檢測原理如圖1所示，水箱-計量泵-天秤之間形成回路，借助計量泵和水泵可以使液體在回路中循環(huán)。單向閥的功能是防止液體產(chǎn)生回流，氣泵和兩通閥是保證一定壓力的氣體與通過計量泵抽上來的液體混合，計量泵和水泵的啟停工作時間由程序系統(tǒng)控制。檢測過程中用水代替特制的催化劑溶液，用壓縮空氣代替汽車尾氣，模擬尾氣處理裝置的工作環(huán)境。系統(tǒng)的工作原理是：計量泵從水箱抽出的水經(jīng)過單向閥后，與一定壓力的氣體混合，形成氣液混合物，進(jìn)入天平上的容器。液晶顯示屏上顯示天秤反饋的質(zhì)量以及檢測結(jié)果等信息。當(dāng)天平上容器的液體到達(dá)一定質(zhì)量后，水泵開始工作，將容器中的水抽回水箱。

圖1 計量泵檢測原理圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)上述的檢測原理，我們對機(jī)械結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了多次討論和論證，最終定下了結(jié)構(gòu)部分的詳細(xì)設(shè)計方案，如圖2所示。由于對檢測環(huán)境要求很高，選擇潔凈工作臺作為機(jī)架，為了提高檢測效率，該裝置設(shè)計可以同時檢測5個計量泵，即五個工位，而且每個工位都可以獨立工作，互不干涉。

圖2 檢測裝置總體方案

該裝置在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的難點主要體現(xiàn)在兩個方面：其一是如何保證密封良好的前提下能快速更換被測計量泵；其二就是如何實現(xiàn)計量泵的快速定位和密封。下面分別進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 密封方案設(shè)計

本設(shè)計的密封方案就是利用計量泵入、出口端的平面作為密封面，如圖3所示，借助端面密封圈進(jìn)行密封。入口和出口密封圈分別由兩個氣缸帶動可以上下運動，以便實現(xiàn)快速密封。具體的密封方案如圖4所示，入口密封接軟管與水箱相連，出口密封通過軟管和單向閥與天平相連。

圖3 被檢測的計量泵以及上下密封面

圖4 出、入口密封方案

2.2 快速定位設(shè)計

如何保證被測計量泵的快速更換和定位是實現(xiàn)上面的密封方案的關(guān)鍵，為此設(shè)計了三塊板，即上密封氣缸固定板、定位面板和下密封氣缸固定板，如圖5所示。三塊板都安裝在潔凈工作臺上，并且彼此之間用支撐板連接，裝配完后成為一個整體，保證強(qiáng)度和剛度，同時還能提高定位精度。本方案共設(shè)計五個工位，每個工位上有四個氣缸，即一個下密封氣缸、一個上密封氣缸以及兩個壓緊氣缸，壓緊氣缸的功能是當(dāng)被測計量泵定位后將其壓緊，同時給計量泵施加向下的壓力，防止下密封氣缸工作時將其頂起。

圖5 定位與密封總體結(jié)構(gòu)圖

定位的關(guān)鍵是要從機(jī)械結(jié)構(gòu)上保證入口密封、出口密封與計量泵的中心線重合。在安裝中，以出口密封為基準(zhǔn)，對計量泵和入口密封進(jìn)行調(diào)整。為此設(shè)計了嵌套式的計量泵定位套，將其嵌入到定位面板上，并且可沿X、Y方向進(jìn)行少量調(diào)整，如圖6(a)所示，以保證計量泵的軸心與出口密封的中心重合；下氣缸固定在下密封氣缸固定板上，而該固定板上在X、Y方向都開有橢圓孔，下密封能沿X、Y方向調(diào)整，如圖6(b)所示，以保證下密封的中心與計量泵中心線重合。

圖6 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

3 樣機(jī)制作與測試

3.1 樣機(jī)制作

裝置整體設(shè)計完成后，出全套完整的工程圖紙，然后按圖進(jìn)行機(jī)械加工。整個設(shè)備是以潔凈工作臺為機(jī)架，定位、壓緊和密封部件都是安裝在潔凈工作臺上。潔凈工作臺采用精密儀器箱式結(jié)構(gòu)，方便用戶使用，同時具有潔凈的工作環(huán)境，由于潔凈工作臺屬于非標(biāo)結(jié)構(gòu)，加工誤差較大，因此，我們先加工潔凈工作臺，然后根據(jù)工作臺的實際尺寸對其他相關(guān)部件進(jìn)行尺寸微調(diào)，這樣可以保證后期的安裝和定位精度。工作臺的操作面板以及水箱采用不銹鋼板制作，用不銹鋼制作，臺架采用漆板制作。圖7是樣機(jī)的實物照片。

圖7 樣機(jī)實物照片

3.2 樣機(jī)測試

動作說明：將計量泵放入測試相應(yīng)位置后，按“啟動”按鈕，壓緊氣缸下行，壓緊計量泵，上、下密封氣缸同時工作，接通出、入口，并密封，這樣，水箱-計量泵-天平之間形成回路；再按“開始”按鈕，計量泵開始抽水，系統(tǒng)計時開始，30秒后系統(tǒng)自動停止抽水，并從天平反饋抽水質(zhì)量信息。同時所有氣缸退位，松開夾緊裝置，人工退出計量泵。當(dāng)測試結(jié)果在規(guī)定誤差范圍內(nèi)是，顯示屏?xí)@示“ok”，同時綠燈亮；測試出不良品時，紅燈亮，發(fā)出報警聲，并在觸摸屏上顯示不良原因。

經(jīng)測試，樣機(jī)水箱清洗方便，檢測時對泵的定位和密封可靠。樣機(jī)在對產(chǎn)品進(jìn)行測試時，測試人員可根據(jù)測試需要自行設(shè)定測試頻率及相應(yīng)時間，可測試的工件頻率范圍為：0～50Hz。在檢測出不良產(chǎn)品時，設(shè)備報警，同時觸模屏上顯示出不良原因。測試時，觸模屏上應(yīng)顯示出正在進(jìn)行的動作并在檢測結(jié)束時顯示測試結(jié)果，并具有結(jié)果存貯與查詢功能。

4 結(jié)束語

通過對該設(shè)備進(jìn)行實際的檢驗，證明了其有效性和正確性。提高了檢測的精確性，并大大提高了檢測工作效率。實驗結(jié)果表明,所研制的檢測系統(tǒng)不僅原理正確,而且實際運行良好,完全可以在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

[1] 張昱虹.關(guān)于汽車尾氣對人體健康的危害研究[J].能源環(huán)境,2014,6：141，

[2] 宋波.汽車尾氣處理技術(shù)及展望[J].科技信息,2012,25：408-409.

[3] 胡春芳.城市汽車尾氣污染的危害與防治對策研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014,3：51.

[4] 于向和,隋秀梅,王軍.汽車尾氣檢測用流量分析儀結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析[J].制造業(yè)自動化,2010,4(32)：158-161.

[5] 曹勤.計量泵的發(fā)展和應(yīng)用[J] 石油化工設(shè)備,2001,30(5)：44-48.

[6] 何連榮.微機(jī)控制計量泵測試系統(tǒng)[J].有色礦冶,1995,3：48-54.