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        制動鉗負壓氣密性檢測設備研發(fā)

        2019-11-28 06:54:10盧其志余文濤黃小林鄭增雄
        裝備制造技術 2019年9期
        關鍵詞:設備檢測

        盧其志,余文濤,黃小林,鄭增雄

        (1.廣西威翔機械有限公司,廣西 柳州 545006;2.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司,廣西 柳州 545007)

        0 引言

        近年來,在大規(guī)模、大批量的汽車零部件工業(yè)生產(chǎn)中,氣密性檢測正日益受到很多企業(yè)的關注和重視,已經(jīng)被作為一項影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術指標。制動鉗作為汽車制動系統(tǒng)的關鍵零部件,其性能是直接影響車輛行駛安全的重要因素之一,如果密封性不好而導致泄漏,就會引起車輛在行駛中出現(xiàn)異常、制動效率降低等問題,嚴重的還會引起行車安全事故的發(fā)生,因此對制動鉗的檢測提出了更加苛刻的要求。

        氣密性檢測是保證零部件質(zhì)量及生產(chǎn)制造質(zhì)量的重要手段[1]。如圖1為某車型的制動鉗總成,由于在裝配線上基于人工的傳統(tǒng)目視檢測方法,主要是采用氣泡法和涂抹法[2]進行氣密性的試漏檢測,方法既不嚴謹也不科學,質(zhì)量得不到保證,常常因泄漏而引起一系列質(zhì)量問題,造成返修成本很高。因此,通過深入研究產(chǎn)品特性及氣密性檢測技術,有針對性地自主研發(fā)氣密性檢測設備,是解決問題的有效途徑。

        圖1 某車型制動鉗裝配總成

        1 檢測項目及技術要求

        檢測的項目及相關的技術要求如表1所列。

        表1 檢測項目及技術要求

        2 檢測原理與泄漏量換算

        2.1 檢測原理

        負壓檢測原理:實質(zhì)是差壓檢測,即抽被測物(工件)內(nèi)腔的真空度,測量其內(nèi)部真空度的壓力變化從而檢測出是否有泄漏的測試方式。

        差壓法進行檢測(如圖2),需使用高精度的差壓傳感器,采用標準品與測試品相比較的測試方法,首先準備好無泄漏的標準品,給被測物和標準品同時抽真空,然后停止抽氣,通過高靈敏度差壓傳感器(DPS)測出因泄漏導致的內(nèi)部壓力變化,即被測物與標準品之間的差壓。測試時,在標準品與被測工件兩邊先同時充入相同壓力的空氣,使差壓傳感器兩端平衡,如果被測工件有泄漏,即使是微小的泄漏,差壓傳感器兩端也會失去平衡,從而檢測出兩端因泄漏而產(chǎn)生的差壓。因檢測過程中兩端的外部環(huán)境狀態(tài)完全一樣,所以這種測試方法可以消除溫度、震動等環(huán)境因素的影響,測試精度高,抗干擾能力強。

        圖2 差壓檢測工作原理

        2.2 泄漏量換算

        根據(jù)Boyle-Charle定律,在一定的溫度條件下氣體的壓力與體積的積是一定的。即:PV=一定(P為絕對壓力)。

        根據(jù)理想氣體狀態(tài)平衡方程和熱力學原理,可以推斷出泄漏率和壓力差之間的關系方程公式[3]:

        其中:Q為泄漏量(mL/min);Patm為標準大氣壓;△P為單位時間內(nèi)產(chǎn)品因泄露產(chǎn)生的壓差(Pa);Ve為產(chǎn)品的等效內(nèi)容積(mL);t為測試時間(s)。

        等效內(nèi)容積(Ve)指測出的內(nèi)容積中包含了因容積變化等引起的差壓后的容積。在泄漏量的換算中等效內(nèi)容積(Ve)作為系數(shù)使用。

        測試儀使用標準大氣來進行計算。如果測試時的大氣壓是標準大氣壓,即1.013×105Pa,氣溫是標準的20℃,則可算出單位時間內(nèi)的泄漏流量。

        3 設備的構(gòu)建

        3.1 設備構(gòu)成

        氣密性檢測也稱泄漏檢測,主要用于測試密閉容器的氣密性狀態(tài),是為了保證容器、零部件等裝配后無泄漏,防止設備故障,確保人員和設備安全,保證產(chǎn)品滿足泄漏要求的工藝過程。研發(fā)的制動鉗負壓密封性能檢測設備(圖3)主要由框架、電器柜、真空泵、COSMO檢測儀器、檢測管路和精密減壓閥、控制按扭、上下限數(shù)顯壓力表等零部件所組成。

        圖3 制動鉗負壓密封性能檢測設備構(gòu)成示意圖

        3.2 檢測儀的選型

        COSMO計器公司是日本一家致力于研究開發(fā)高精度的空氣測漏儀(圖4),檢測設備采用COSMO的LS-1863X檢測儀進行檢測,該檢測儀是一款輕巧高精度的差壓式空氣測漏儀,具有先進的誤差修正功能以及多頻道功能,能對應多品種測試并以流量單位顯示泄漏量,容易管理及操作,能滿足用戶在不同要求下的自動測漏,從而減輕勞動強度。

        圖4 COSMO的LS-1863X檢測儀

        3.3 封堵充氣結(jié)構(gòu)

        如圖5和圖6為制動鉗負壓氣密性檢測設備的封堵充氣結(jié)構(gòu)和實物圖,通過定位制動軟管口的六角型接頭,氣缸帶動密封圈實現(xiàn)制動軟管接口的自動封堵,為測試制動鉗總成的密封性做準備。

        圖5 制動鉗負壓氣密性檢測設備封堵充氣結(jié)構(gòu)示意圖

        圖6 制動鉗負壓氣密性檢測設備封堵充氣結(jié)構(gòu)實物圖

        3.4 儀器的設定及檢測過程

        通過對COSMO儀器模式的設定(如圖7),檢測過程需要經(jīng)過五個階段:

        (1)準備階段:被測物封堵后輸入啟動信號。

        (2)增壓階段:截止測漏儀內(nèi)部的排氣閥、打開充氣閥、控制閥,給被測物和標準品同時施加壓力的行程(通過壓力傳感器測出極大泄漏的量程)。

        (3)穩(wěn)壓階段:截止測漏儀內(nèi)部的充氣閥,測出被測物和標準品之間的壓差(通過壓力傳感器測出大泄漏的量程)。

        (4)保壓檢測階段:截止控制閥,通過壓差傳感器測出小泄漏值。

        (5)卸壓階段:輸出判斷信號,排氣閥排出被測物內(nèi)的氣體。

        在整個檢測周期里,需要較長的穩(wěn)壓時間才能進行工件檢測,穩(wěn)壓時間還會隨溫度升高等因素加長,而且測試系統(tǒng)管路存在微泄漏,會導致系統(tǒng)不能達到預定的檢測壓力值。

        圖7 COSMO模式的設定流程

        3.5 檢測氣路圖

        圖8 差壓氣密檢測儀基本回路

        3.6 人機操作界面

        制動鉗負壓氣密性檢測設備通過COSMO的LS-1863X檢測儀器的模擬量輸出端口與NI數(shù)據(jù)采集卡、I/O擴展模塊、PLC之間的端口通訊,構(gòu)成一個實時顯示檢測系統(tǒng),并通過自主開發(fā)的LABVIEW軟件編程人機操作界面在觸摸屏上顯示,把產(chǎn)品的實時檢測數(shù)據(jù)等顯示在工控一體機上動態(tài)顯示記錄下來,實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能一體化,界面主要有以下功能:

        (1)數(shù)據(jù)實時顯示畫面:以時間為橫坐標,壓力為縱坐標顯示測量曲線;輸出:合格信號和不合格信號、中止信號和結(jié)束信號,并保存曲線畫面,并實現(xiàn)追溯。

        (2)數(shù)據(jù)回放查詢畫面:可根據(jù)時間查詢出每天生產(chǎn)數(shù)量、合格數(shù)、不合格數(shù),也可以將某一時間段內(nèi)的檢測曲線數(shù)據(jù)以excel格式導出。

        (3)參數(shù)設置畫面,兩個傳感器增益倍數(shù)(0.1~10)和零點(清零)調(diào)整功能,原始值和校正后的值都能實時顯示。

        (4)與PLC通過RS-485通訊,讀取控制I/O點狀態(tài)。

        3.7 檢測結(jié)果為負值的原因

        正常檢測時,被測件壓力值都會略小于平衡端壓力值,但由于被測件端的溫度高于檢測氣體的溫度,或被測件端的容積減小,造成被測件端氣體壓力值升高,這個時候被測件端壓力值就會略大于平衡端壓力值,從而出現(xiàn)負值。

        3.8 避免負值產(chǎn)生的方法

        (1)通過對測量的結(jié)果統(tǒng)計分析,每班開班前先檢測10~20次,可使儀器檢測內(nèi)部的溫度與室溫一致(即與檢測氣體、被測工件的溫度一致),后面的檢測結(jié)果就會得到趨于穩(wěn)定的正值。

        (2)被測工件溫度為室溫,且最好不是潮濕件。

        (3)封堵氣缸工作氣源壓力穩(wěn)定,氣源輸入前端安裝氣罐以穩(wěn)定氣源。

        (4)封堵機構(gòu)滑動零件每隔一定時間周期,可使用潤滑油進行潤滑,避免卡阻現(xiàn)象,確保封堵密封有效。

        3.9 設備優(yōu)點

        制動鉗負壓氣密性檢測設備采用了動態(tài)監(jiān)測,為產(chǎn)品的質(zhì)量追溯以及工藝優(yōu)化提供確切的數(shù)據(jù)支持,如圖9和圖10,與傳統(tǒng)的檢測方法相比,具有如下優(yōu)點:

        (1)檢測成本低,可操作性強。

        (2)能耗低。

        (3)檢測結(jié)果穩(wěn)定,不受人為的干擾和影響。

        (4)工作環(huán)境好,降低勞動強度。

        (5)可以定量檢測,對泄漏或泄漏率的評定精準,提高產(chǎn)品的檢測精度。

        (6)檢測周期短,自動化程度高。

        圖9 制動鉗負壓密封性檢測設備

        圖10 某車型制動鉗負壓檢測合格品

        4 結(jié)束語

        制動鉗負壓密封性檢測設備的成功研發(fā),不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和合格率,還提升了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。隨著壓差與流量傳感檢測技術的不斷進步,自動化控制技術的不斷發(fā)展,氣密性檢測越來越廣泛地應用于各類工業(yè)生產(chǎn)線中。由于采用差壓法進行檢測的方法具有檢測速度快、結(jié)果準確可靠、不污染工件等優(yōu)點,因而可實現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)線上100%泄漏檢測,并已廣泛應用于汽車行業(yè)的生產(chǎn)過程中。

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