高善旺

（江門市闔華新材料科技有限公司，廣東江門 529040）

0 引言

現(xiàn)如今，在水槽式洗碗機制造企業(yè)的生產(chǎn)過程中通常都是采用往水槽式洗碗機的水槽內(nèi)添加純水的檢漏工藝方法來對水槽式洗碗機進行滲漏水檢測。當(dāng)水槽式洗碗機水槽內(nèi)的純水水位到達溢流口位置時，需要持續(xù)靜放一段時間后，對水槽周邊是否出現(xiàn)滲漏情況進行查看，這種方法由于盛水槽容積有限，注入水槽內(nèi)的純水水位低、水壓較小，加上測試時間有限，很難將細(xì)微的滲漏缺陷檢測出來，容易出現(xiàn)錯誤的判斷；并且在進行每一次檢測的時候需要耗費大量純水，導(dǎo)致水資源浪費嚴(yán)重。本文通過采用外加氣體增壓的原理設(shè)計一種水槽式洗碗機水槽滲漏的自動檢測裝置，通過這種滲漏檢測裝置可以有效地對水槽式洗碗機水槽滲漏情況進行排查檢驗，并且具有較高的準(zhǔn)確度；通過推行這一檢測裝置的使用能有效地規(guī)避誤判、減少水資源浪費、提高檢測效率，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。本文利用氣體增壓原理，研發(fā)了一款水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置，該滲漏檢測裝置能有效解決因水壓不足、測試時間不夠等因素導(dǎo)致滲漏誤判的問題，整個檢測過程用水量較少，操作簡單、便捷，檢測結(jié)果精準(zhǔn)可靠。

1 整體設(shè)計方案

1.1 總體要求

需要檢測裝置對水槽式洗碗機水槽進行有效地滲透檢測，并且在進行檢測中具備準(zhǔn)確可靠的判斷，可根據(jù)壓降及時間節(jié)拍等特點來進行高效率地檢測，整個滲漏檢測裝置穩(wěn)定實用。其中滲漏檢測裝置相關(guān)計算如下。

單位高度水壓產(chǎn)生的壓強為：

式中：ρ水為水的密度，ρ水=1.0×1 000 kg/m3；g=9.8 N/kg；h為水的垂直深度，m。

以垂直高度為10 cm的水產(chǎn)生壓強為例，計算可得：p水=980 Pa≈0.001 MPa?？芍?0 cm高度水產(chǎn)生的壓強實際約為0.001 MPa，而工廠常用氣源的壓力一般為0.5 MPa，該壓力值可相當(dāng)于50 m高度水柱產(chǎn)生的壓強。本文采用外部輸入氣源壓力進行調(diào)節(jié)，結(jié)合能量傳遞守恒定律來設(shè)計水槽式洗碗機水槽滲漏的檢測裝置[1]。

1.2 總體方案

水槽式洗碗機水槽的密封好壞與否是評價該產(chǎn)品質(zhì)量重要指標(biāo)之一，也是判定產(chǎn)品能否出廠的重要標(biāo)準(zhǔn)，需要對該項指標(biāo)進行精準(zhǔn)檢測和嚴(yán)格控制。近年來人們對各種檢漏技術(shù)以及相關(guān)的檢測裝置進行了大量研究，目前該行業(yè)的生產(chǎn)制造企業(yè)通常采用直接往水槽式洗碗機的水槽內(nèi)加注純水的工藝方法進行檢漏：即將盛水槽內(nèi)的純水高度加注至溢流口位置，然后靜止放置一段時間觀察水槽外周邊是否有出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象；這種方法盛水槽內(nèi)加注純水的高度被限制，水壓不足（水面離水槽底垂直高度約20 cm左右），短時間內(nèi)無法測出細(xì)微的故障隱患，容易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，同時每次檢測需要加注大量純水靜放1 min以上方可進行觀察，測試持續(xù)時間長、效果差且純水浪費較大。本次對水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置進行了優(yōu)化設(shè)計，主要的技術(shù)要求為：（1）在較短的時間內(nèi)能準(zhǔn)確檢測并自動識別水槽洗碗機的水槽是否存在滲漏水等異常情況；（2）檢測裝置穩(wěn)定好、再現(xiàn)性高、整體結(jié)構(gòu)堅實牢固且外形美觀；（3）檢測裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，操作簡單、方便，使用安全可靠并具有較好的防護裝置。

該滲漏檢測裝置工作流程如下：（1）將裝配好的水槽式洗碗機整機置于檢測裝置的測試臺面上，往水槽式洗碗機的水槽內(nèi)加入少量純水；（2）通過充氣密封圈對水槽的開口端進行密封，使得水槽內(nèi)形成一個密封的空間；（3）向密封的空間內(nèi)輸入氣體使得其內(nèi)部氣壓達到規(guī)定值，形成恒定的氣壓并持續(xù)保持?jǐn)?shù)秒；（4）通過氣壓表觀察測試過程中密封空間內(nèi)的氣壓是否出現(xiàn)下降；（5）測試結(jié)束后檢查水槽及其周邊是否有出現(xiàn)滲漏水、部件松脫等異常情況；通過這種方式可以進行精準(zhǔn)、快速、高效地進行滲漏以及部件安裝是否牢固等測試[2]。

如圖1所示，設(shè)計的水槽式洗碗水槽滲漏自動檢測裝置主要由5大部分組成，分別是控制系統(tǒng)1、升降機構(gòu)2、密封加壓機構(gòu)3、氣路系統(tǒng)4和機架5。其中，控制系統(tǒng)主要是用來驅(qū)動控制檢測裝置每一機構(gòu)及構(gòu)件之間進行協(xié)調(diào)運行；升降機構(gòu)是將密封加壓機構(gòu)推動至水槽式洗碗機的槽體開口端，并在進行檢查完畢之后將密封加壓機構(gòu)提升至初始位置，從而完成一個檢測循環(huán)；密封加壓機構(gòu)和氣路系統(tǒng)是根據(jù)各類型產(chǎn)品的水槽形狀、密封處結(jié)構(gòu)以及設(shè)定的測試要求，通過氣路系統(tǒng)對充氣密封膠圈進行充氣加壓使得水槽體內(nèi)水面與充氣密封膠圈之間形成一個密封腔體，再通過氣路系統(tǒng)對密封腔體內(nèi)持續(xù)充氣加壓，利用控制系統(tǒng)控制充氣量以確保密封腔體內(nèi)的壓力恒定，利用能量守恒定律完成相應(yīng)測試目標(biāo)[3]；機架部分主要是通過對各機構(gòu)組件的支撐固定以確保整臺滲漏檢測裝置順利完成各項檢測工作。

圖1 水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置

在進行水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置的使用過程中，需要該裝置的機架來承擔(dān)升降機構(gòu)較為頻繁的移動沖擊力，因此在機架的設(shè)計制造時需要著重考慮其結(jié)構(gòu)強度，經(jīng)綜合評估考量該滲漏檢測裝置的機架整體可以采用50號優(yōu)質(zhì)碳素方鋼管焊接后再進行適當(dāng)?shù)臋C加工處理制造。

2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 升降機構(gòu)的設(shè)計

水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置中的升降機構(gòu)主要由伺服電機、升降架、支座、直線導(dǎo)軌、滾珠螺桿等5部分組成。伺服電機設(shè)置在機架后端，其中升降架的兩側(cè)固定在直線導(dǎo)軌的滑軌上，并且與滾珠螺桿的螺母套連接，伺服電機接通電源后，通過電機工作帶動滾珠螺桿進行滾動工作，從而驅(qū)動升降架在支座上的直線導(dǎo)軌中上下移動。

2.2 密封加壓機構(gòu)設(shè)計

密封加壓機構(gòu)主要是分為充氣密封膠圈、水槽式洗碗機槽體、密封固定板以及數(shù)字式壓力開關(guān)4個部分。其中密封固定板的作用是對充氣密封膠進行定位和控制；充氣密封膠圈充氣后將水槽式洗碗機槽體和密封固定板之間的縫隙密封；數(shù)字式壓力開關(guān)主要用于當(dāng)充入的氣壓值達到預(yù)定值時將信號反饋給控制系統(tǒng)以便關(guān)閉進氣閥門和測試結(jié)束后排放氣體，同時記錄氣壓值，此外還可以對目標(biāo)壓板的壓力值上下限值進行有效控制；如果在密封腔體中的壓力值超過所承受的壓力值時，那么數(shù)字式壓力開關(guān)會立刻將此信號反饋到控制系統(tǒng)，以便于控制系統(tǒng)對相對應(yīng)的功能執(zhí)行件進行有效控制[4]。

3 氣路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 氣路系統(tǒng)設(shè)計

氣路系統(tǒng)裝置主要作用是：（1）給檢測裝置輸送氣體；（2）確保輸送氣體充足并且氣體質(zhì)量優(yōu)良。其整體的結(jié)構(gòu)組件主要分為氣源處理裝置、支撐支架、氣源、氣管氣路等4個部分；氣源處理裝置元件主要包括數(shù)字式壓力開關(guān)、比例調(diào)節(jié)閥以及氣源控制閥[5]。其中氣路分為兩路：一路是經(jīng)氣源處理裝置處理后的氣體通過氣源控制閥和比例調(diào)節(jié)閥對流入氣體壓力進行有效控制，然后輸送到水槽式洗碗機槽體中的密封腔體內(nèi)，通過數(shù)字式壓力開關(guān)進行壓力檢測，再將測得信號反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號與預(yù)設(shè)定數(shù)值的比較對比例調(diào)節(jié)閥進行有效控制，從而確保水槽式洗碗機槽體中密封腔體內(nèi)的壓力持續(xù)穩(wěn)定；另一路是將經(jīng)過氣源處理裝置處理后的氣體通過氣源控制閥輸入比例調(diào)節(jié)閥，通過比例調(diào)節(jié)閥對壓力進行調(diào)節(jié)后分成兩路，其中一路輸送到充氣密封膠圈內(nèi)，另一路輸送到數(shù)字式壓力開關(guān)對壓力值進行實時監(jiān)測，將實測壓力值信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，再由控制系統(tǒng)根據(jù)試驗要求對比例調(diào)節(jié)閥進行有效控制，以確保水槽式洗碗機槽體中充氣密封圈內(nèi)的壓力值持續(xù)穩(wěn)定[6]。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)是水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置的關(guān)鍵元件，整個控制系統(tǒng)合理與否直接影響檢測結(jié)果以及設(shè)備工作運行的可靠性。在控制系統(tǒng)接通電源完成初始化自檢后，隨即進入工作狀態(tài)；首先將升降機構(gòu)推移至設(shè)定位置，然后對密封加壓機構(gòu)的充氣密封圈以及水槽式洗碗機槽體密封腔的腔體進行充氣控制，對所需的氣壓值進行有效調(diào)節(jié)控制，當(dāng)氣路系統(tǒng)對兩路氣體進行充氣之后，可以通過編程邏輯控制器所得到的兩個數(shù)字式壓力開關(guān)的反饋值，并對反饋值進行比較，再利用PID算法進行計算，并對計算的結(jié)果進行反饋，根據(jù)其反饋結(jié)果來對比例調(diào)節(jié)閥的閥門開合大小進行有效控制，從而達到目標(biāo)壓力值，持續(xù)恒定保壓觀察達到預(yù)定時間后，再對系統(tǒng)進行實施泄壓動作[7]。上述水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置系統(tǒng)設(shè)計中，通過PID控制系統(tǒng)對前期槽體密封腔內(nèi)部氣壓目標(biāo)值設(shè)置，PID模塊可以及時對系統(tǒng)中設(shè)定的目標(biāo)值與數(shù)字式壓力開關(guān)測定值的反饋偏差進行比較控制，從而進行PID計算，然后再進行輸出值的計算，對輸出電壓進行調(diào)節(jié)，并通過比例調(diào)節(jié)閥的閥門開合大小來對氣量進行控制，從而實現(xiàn)對槽體密封腔中的氣壓的穩(wěn)定控制[8]。

4 應(yīng)用實例

該水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置已經(jīng)在某水槽式洗碗機的生產(chǎn)線中進行了實踐使用。在對水槽式洗碗機水槽是否出現(xiàn)滲漏情況進行檢測中，整套檢測裝置各組合部件運動順暢、控制有效，氣路組件和電控柜在設(shè)備后端，使用時操作人員先將水槽式洗碗機的水槽槽體置于檢測裝置下方，往水槽中加入少量水（水槽槽底1～2 cm高度即可），然后升降架將密封固定板下移至溢流口以下位置，按產(chǎn)品測試要求設(shè)定輸入各段位測試氣壓、測試時間等參數(shù)，一般地，充氣密封圈的充氣壓力設(shè)定為0.12 MPa、槽體密封腔腔內(nèi)充氣壓力設(shè)定為0.006 MPa（即相當(dāng)于垂直高度60 cm的水壓）一切準(zhǔn)備就緒后啟動系統(tǒng)開始滲漏檢測；檢測過程中，當(dāng)檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在測試周期內(nèi)某段位壓力值出現(xiàn)壓降變化、立即發(fā)出蜂鳴警報，以便測試操作人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況[9]。經(jīng)過生產(chǎn)一線實際使用結(jié)果表明：本水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置整體的結(jié)構(gòu)較為簡單，在對水槽式洗碗機水槽進行滲漏檢測時使用較為方便，所檢測的結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠，檢測結(jié)果重復(fù)性好，使用性能穩(wěn)定，可以有效檢測和控制水槽式洗碗機水槽的滲漏問題，并且檢測使用的水量小于原來的1/10，大幅提高了檢測效率。

5 結(jié)束語

從以上的分析結(jié)果中可以看出，在進行水槽式洗碗機水槽滲漏檢測裝置設(shè)計中，檢測裝置可以通過氣體增壓的方式來對水槽洗碗機的水槽滲漏情況進行有效檢驗，并且其中水壓不足的問題。在進行水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置使用過程中，整個檢測過程所耗用的水量相對較少，并且測試的時間節(jié)拍較短，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確、可靠。現(xiàn)如今，水槽式洗碗機水槽滲漏自動檢測裝置主要是對單臺的設(shè)備進行檢驗，由于本檢測設(shè)備可實施系統(tǒng)模塊化測試，因此可以采用多模塊并用的模式廣泛應(yīng)用于自動化流水線生產(chǎn)過程中，可以大幅度提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。