廖方敏

（廣東紐恩泰新能源科技發(fā)展有限公司 廣州 511356）

引言

空調(diào)抽真空為了排除系統(tǒng)中的空氣（即不凝性的氣體）、水及其它雜質(zhì)（如：銅粉），以提高空調(diào)系統(tǒng)的換熱效果，保證空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行且發(fā)揮出其最大能力，同時(shí)檢驗(yàn)空調(diào)系統(tǒng)是否已處于密閉狀態(tài)，為后面的冷媒灌注工序做準(zhǔn)備。目前抽真空完成后人工將真空管的母接頭拔下來，脫離公接頭，存在真空度不合格情況下操作員工也能拔下母接頭的不受控的情況，從而進(jìn)行注氟工序灌注冷媒，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題。本文闡述通過一種自動(dòng)脫扣裝置實(shí)現(xiàn)抽真空后自動(dòng)脫扣的方式，進(jìn)行防呆，保證產(chǎn)品質(zhì)量的可控性和一致性。

1 自動(dòng)脫扣研究背景

1.1 人工脫扣的操作方式

抽真空的外機(jī)通過真空環(huán)線運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間大于180 s后，流轉(zhuǎn)到脫扣位置，人工查看真空計(jì)顯示燈，顯示綠燈為真空度合格，顯示紅燈時(shí)為真空度不合格。顯示綠燈時(shí)，人工左手扶住閥板，右手將母接頭拔下，脫離公接頭，如圖1所示。

圖1 人工脫扣方式

人工脫扣存在較多不可控因素，如人員疲勞、質(zhì)量意識(shí)不足、情緒影響等，出現(xiàn)真空度不合格情況下誤脫或故意脫下母接頭，強(qiáng)行灌注冷媒，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2019 年抽真空不良流到下工序的產(chǎn)品達(dá)到1 220 臺(tái)，此外，此崗位操作技術(shù)含量低但對(duì)品質(zhì)影響較大，可用自動(dòng)化手段代替人工操作，降低成本。

1.2 自動(dòng)脫扣的控制方式

如圖2，當(dāng)自動(dòng)脫扣接頭對(duì)接產(chǎn)品，真空泵啟動(dòng)后，當(dāng)真空值達(dá)到工藝要求值時(shí)（30 Pa以內(nèi)），合格信號(hào)燈亮，脫扣接頭不脫落，當(dāng)該臺(tái)車旋轉(zhuǎn)至指定位置時(shí)（抽真空時(shí)間要求不低于180 s），有到位信號(hào)返回至控制系統(tǒng)，啟動(dòng)電磁閥通氣，使脫扣接頭自動(dòng)脫落，產(chǎn)品流向真空線出口推機(jī)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品推出。

圖2 自動(dòng)脫扣邏輯

如圖3，當(dāng)真空值未到達(dá)要求值時(shí)，臺(tái)車到達(dá)指定位置后，脫扣接頭不脫落，真空線推桿機(jī)構(gòu)不推出真空不良外機(jī)，回流向真空接頭上線作業(yè)員處理真空不良產(chǎn)品。

圖3 自動(dòng)脫扣裝置安裝示意圖

2 自動(dòng)脫扣母接頭優(yōu)化改善

2.1 自動(dòng)脫扣母接頭結(jié)構(gòu)原理

自動(dòng)脫扣實(shí)現(xiàn)的核心部件是自動(dòng)脫扣母接頭，自動(dòng)脫扣母接頭主要分為兩大部分：氣動(dòng)部分和抽真空母接頭部分。主要由殼體、主體座頭、外殼座套、活絡(luò)頭、主體頭子、下襯套、上襯套、鋼球、閥芯組件、銅擋片、氣管接頭、后蓋帽、接頭座體、密封圈等構(gòu)成，主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 自動(dòng)脫扣母接頭結(jié)構(gòu)圖

自動(dòng)脫扣母接頭使用壓縮空氣作為動(dòng)力，脫扣系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號(hào)后，電磁閥得電，輸出壓縮空氣，壓縮空氣從氣管接頭進(jìn)入母接頭內(nèi)部，氣流一分為二，同時(shí)向兩個(gè)方向流動(dòng)，氣流①完成松開卡住公接頭鋼珠的動(dòng)作，氣流②完成頂出公接頭的動(dòng)作：氣流①通過主體座頭的溝槽進(jìn)入主體座頭和外殼座套形成的密閉空間內(nèi)，推動(dòng)外殼座套向下襯套方向運(yùn)行，外殼座套推動(dòng)下襯套向公接頭方向運(yùn)行，下襯套移動(dòng)一定距離后，鋼球可向外移動(dòng)，靠鋼球鎖緊的公接頭得以松開；氣流②通過主體座頭的溝槽進(jìn)入主體座頭和活絡(luò)頭形成的密閉空間內(nèi)，推動(dòng)活絡(luò)頭向公接頭方向運(yùn)行，與公接頭接觸并形成反作用力，因公接頭對(duì)于空調(diào)外機(jī)相對(duì)固定，故而母接頭自動(dòng)彈出脫離公接頭。氣流方向如圖5所示。

圖5 自動(dòng)脫扣母接頭運(yùn)行圖

2.2 自動(dòng)脫扣母接頭密封圈的設(shè)計(jì)與選材

自動(dòng)脫扣母接頭關(guān)鍵部位在于密封圈，密封圈的氣密性和使用壽命極為重要。目前行業(yè)上類似的母接頭與公接頭密封處的密封圈容易出現(xiàn)壽命短情況，如破損、啃切、永久變形、硬化等，平均20天需要更換密封圈，其跟密封圈尺寸的設(shè)計(jì)、密封槽的設(shè)計(jì)、密封圈材質(zhì)的選擇息息相關(guān)。本項(xiàng)目通過測(cè)量目前行業(yè)上一款類似母接頭的密封圈進(jìn)行核算，并重新對(duì)密封圈的設(shè)計(jì)和選型，并經(jīng)過6個(gè)月驗(yàn)證，未出現(xiàn)氣密性問題，密封圈壽命達(dá)到平均60 天。

2.2.1 密封圈尺寸的設(shè)計(jì)

拉伸量：O形密封圈裝入密封槽后，都會(huì)存在拉伸量的變化。拉伸量的變化選用對(duì)O形密封圈的密閉能力和它的使用時(shí)間長(zhǎng)短有很大關(guān)系。拉伸變量過小，容易出現(xiàn)啃切現(xiàn)象；拉伸變量過大，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)應(yīng)力增加和安裝時(shí)出現(xiàn)扭曲、斷面粗細(xì)不均現(xiàn)象。這都導(dǎo)致O形密封圈使用時(shí)間縮短，引起泄漏問題。拉伸變量（L，取值范圍為1.031～ 1.049）按下式計(jì)算：

式中：

a1—軸的直徑，mm；

a—O形橡膠類密封圈截面直徑，mm ；

A—O形橡膠類密封圈內(nèi)徑，mm。

經(jīng)測(cè)量所選行業(yè)上類似母接頭密封圈樣品，軸直徑、密封圈截徑、密封圈內(nèi)徑分別是18.95 mm、3 mm、17.85 mm，計(jì)算得到該密封圈拉伸量：

本文研究的接頭對(duì)密封圈尺寸重新選型，采用軸直徑、密封圈截徑、密封圈內(nèi)徑分別是18.95 mm、2.6 mm、18.25 mm，密封圈拉伸量是：

壓縮率：O形橡膠類密封圈在拉伸變形后，徑向方向的截面直徑減小，呈橢圓形。壓縮率（Y）由下式計(jì)算：

式中：

c—橢圓截面的短軸長(zhǎng)度，mm；

h—O形橡膠類密封圈槽底與被密封表面的距離，即O形橡膠類密封圈壓縮后的截面高度，mm。

式（2）中Y的取值范圍見表1。

表1 O形橡膠類密封圈Y的取值范圍（%）

經(jīng)測(cè)量所選行業(yè)上類似母接頭密封圈樣品，計(jì)算其壓縮率：

壓縮率（Y）超出取值范圍（12.5～17.5 %）。

本文研究的接頭對(duì)密封圈尺寸重新選型：

壓縮率（Y）在取值范圍（12.5～17.5 %）內(nèi)。

具體參數(shù)對(duì)比見表2。

表2 行業(yè)和我司研究的母接頭密封圈參數(shù)對(duì)比

2.2.2 密封槽的設(shè)計(jì)

密封槽的設(shè)計(jì)組成包括密封槽的圓角半徑、密封槽寬、橡膠表面粗糙度等。密封槽的槽寬很重要，槽寬太寬時(shí)，會(huì)增大密封后的空行程，槽寬太窄時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，有可能存在使密封圈材料擠入一定間隙，給生產(chǎn)裝配增加困難性。槽寬（K）的計(jì)算公式如下：

式中：

B —槽寬因數(shù)值。

對(duì)于內(nèi)部的活動(dòng)密封，B的應(yīng)用數(shù)值范圍一般為1.11～1.16；對(duì)于外部的活動(dòng)密封及固定的密封，B的應(yīng)用數(shù)值范圍一般為1.16～1.26。橡膠密封槽的表面粗糙度對(duì)橡膠類密封圈的使用壽命長(zhǎng)短有非常大的影響。對(duì)于活動(dòng)性密封，表面的粗糙度為Ra0.85；對(duì)于固定性密封，表面的粗糙度為Ra1.65。橡膠密封槽的圓角半徑分為槽棱面圓角半徑和槽底面圓角半徑。槽棱面圓角是為了預(yù)防密封圈裝配的時(shí)候產(chǎn)生刮傷而設(shè)計(jì)的，其半徑不大于0.25 mm；槽底面圓角主要是為了防止該處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中的可能而設(shè)計(jì)的，其半徑選取（0.35～0.75）mm。

經(jīng)測(cè)量所選行業(yè)上類似母接頭密封圈樣品，槽寬為3.4 mm，經(jīng)計(jì)算：

在取值范圍內(nèi)。粗糙度、槽棱圓角半徑和槽底圓角半徑分別為Ra0.85 mm、0.15 mm、0.55 mm，均符合要求。

本文研究的母接頭根據(jù)密封圈尺寸重新設(shè)計(jì)槽寬：K=2.6*1.15=3.0 mm，粗糙度、槽棱圓角半徑和槽底圓角半徑分別為Ra0.85 mm、0.15 mm、0.55 mm。

2.2.3 密封圈材質(zhì)的選用

真空接頭密封圈的選用需考慮它的密封形式、壓力、介質(zhì)、工作環(huán)境溫度等因素。若選用不當(dāng)，將會(huì)造成膠圈快速失效。抽真空接頭密封圈常用材質(zhì)有丁腈橡膠（NBR）、氫化丁腈橡膠（HNBR）、氯醇橡膠（ECO）等。主要性能如表3所示。

表3 常用密封圈材質(zhì)性能對(duì)比

在氣密性、溫度、抗磨性等方面，以上材質(zhì)均可滿足用于抽真空接頭的密封圈，丁腈橡膠是目前用途最廣、成本最低的橡膠密封件，但使用壽命相對(duì)較低，更換周期一般為25 天，且不能用于MO冷凍油（目前R22冷媒主要使用MO冷凍油）。氫化丁腈橡膠比丁腈橡膠有更佳的抗磨性，更換周期一般為45 天，但也不能用于MO冷凍油。氯醇橡膠兼有耐寒性和耐油性最好的橡膠之一，更換周期一般為45 天，且適用于POE、MO冷凍油。因此，本文研究的自動(dòng)脫扣母接頭密封圈選用氯醇橡膠材質(zhì)。

3 自動(dòng)脫扣的使用情況

通過自動(dòng)脫扣的研究和實(shí)踐應(yīng)用，消除了人工脫扣存在較多不可控因素，同步通過自動(dòng)脫扣母接頭的優(yōu)化，解決了行業(yè)上類似母接頭產(chǎn)生的泄露、密封圈壽命過低的問題。自動(dòng)脫扣的運(yùn)用，真空不良產(chǎn)品流到下工序從1 220 臺(tái)下降到20 臺(tái)，下降了83.6 %。此外，減少人工去讀真空計(jì)上的數(shù)據(jù)、脫下母接頭的操作人員，每條線可減員2 人，如圖6所示。

圖6 人工脫扣與自動(dòng)脫扣真空不良產(chǎn)品流到下工序分析表

4 結(jié)束語

本文根據(jù)已有的設(shè)備基礎(chǔ)及其技術(shù)特點(diǎn)，研究了基于空調(diào)外機(jī)抽真空的自動(dòng)脫扣技術(shù)，并完成了實(shí)際的應(yīng)用，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行效果表明，該套裝置設(shè)計(jì)科學(xué)、實(shí)用，具有明顯的質(zhì)量防呆性和經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，本文闡述的自動(dòng)脫扣母接頭，對(duì)氣路控制具有良好的應(yīng)用,可以在需要使用快速接頭進(jìn)行抽真空的行業(yè)或企業(yè)進(jìn)行推廣，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品抽真空真空度達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)后，設(shè)備與產(chǎn)品之間可以實(shí)現(xiàn)無人化、自動(dòng)化的脫扣作業(yè)。