水槽洗碗機底部滲漏自動檢測裝置設(shè)計

陳贊 亓新 汪翔

1.寧波方太廚具有限公司 浙江寧波 315326；

2.中國家用電器研究院 北京 100178

1 引言

水槽洗碗機底部是否滲漏是其重要技術(shù)指標(biāo)，也是判定其能否出廠的重要標(biāo)準(zhǔn)，需要對其進(jìn)行精確檢測和控制。近年來人們對檢漏技術(shù)以及相關(guān)裝置進(jìn)行了大量研究工作[1～6]，目前生產(chǎn)企業(yè)常采用的檢漏工藝方法為直接給水槽洗碗機槽體加注純水，純水高度達(dá)到溢流口位置后靜止一段時間，然后觀察底部是否滲漏。此方法由于加注純水后壓力不足（實際水面高度20cm），容易發(fā)生漏判；同時每次檢測需加注大量純水，靜止1min后進(jìn)行觀察，節(jié)拍長且純水浪費大。

本文利用氣壓增壓原理，研發(fā)了一種水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置，該裝置能解決因水壓不足而造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，操作簡單，檢測結(jié)果可靠。

2 技術(shù)基礎(chǔ)

如公式（1）所示，單位高度水壓產(chǎn)生的壓強為：

其中，ρ水=1.0×1000kg/m3，g=9.8N/kg，h=水的深度（m），以10cm高度水產(chǎn)生的壓力為例：

由計算公式（2）可知10cm高度水產(chǎn)生的壓力實際為0.001MPa，而普通工廠氣源壓力一般為0.5MPa，該壓力值可相當(dāng)于5m高度水產(chǎn)生的壓力。本文正是利用該原理來設(shè)計水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置。

3 整體方案設(shè)計

3.1 總體要求

要求檢測裝置對水槽洗碗機底部是否滲漏進(jìn)行檢測，具有判斷準(zhǔn)確、節(jié)拍時間短等特點。整機堅固結(jié)實，外形美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，操作簡單，防護裝置齊全可靠。

3.2 總體方案概述

本檢測裝置首先在洗碗機槽體注入少量純水，利用充氣密封圈密封住槽體，使槽體形成一個密封腔，然后向密封腔內(nèi)通入一定壓力的氣體，通過控制系統(tǒng)保持壓力恒定，最后觀察水槽洗碗機槽體底部是否漏水。

如圖1所示，本文設(shè)計的水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置主要包括1機架、2提升機構(gòu)、3密封加壓機構(gòu)、4氣路系統(tǒng)、5控制系統(tǒng)等五大部分。

其中，機架用來支撐提升機構(gòu)、密封加壓機構(gòu)、氣路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等；提升機構(gòu)是將密封加壓機構(gòu)移動到水槽洗碗機槽體內(nèi)部，待檢測完畢后，將密封加壓機構(gòu)移走，完成一個檢測循環(huán)；氣路系統(tǒng)實現(xiàn)對密封腔體的充氣加壓以及充氣密封膠圈的充氣，同時通過控制系統(tǒng)的控制保證腔體的壓力恒定；控制系統(tǒng)用來保證檢測裝置各個機構(gòu)之間的協(xié)調(diào)運動，以實現(xiàn)自動檢測功能。

由于本檢測裝置的機架要承受提升機構(gòu)頻繁上下移動沖擊，考慮到整機結(jié)構(gòu)使用要求、受力狀態(tài)和制造成本，該裝置的機架采用50方鋼管加優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接為一體，然后經(jīng)過適當(dāng)機加工而成。

圖1 檢測裝置總體方案圖

圖2 提升機構(gòu)示意圖

圖3 密封加壓機構(gòu)示意圖

4 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 提升機構(gòu)設(shè)計

提升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括：1直線導(dǎo)軌、2伺服電機、3滾珠螺桿、4提升框架、5支座等。提升框架左右兩側(cè)固定在直線導(dǎo)軌的滑座上，中間位置與滾珠螺桿的螺母套連接，伺服電機得電狀態(tài)下帶動滾珠螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使提升框架沿直線導(dǎo)軌做上下移動。

4.2 密封加壓機構(gòu)設(shè)計

如圖3所示，密封加壓機構(gòu)主要包括：1密封固定板、2充氣密封膠圈、3數(shù)字式壓力開關(guān)等，4為水槽洗碗機槽體。密封固定板主要用來固定充氣密封膠圈，充氣密封膠圈在充氣狀態(tài)可將密封固定板與水槽洗碗機槽體之間的縫隙填充起來形成一個密封腔體。數(shù)字式壓力開關(guān)可顯示腔體內(nèi)部壓力值，同時可設(shè)定該目標(biāo)壓力值的上下極限值，如腔體內(nèi)部壓力值超出極限值，則此數(shù)字式壓力開關(guān)會反饋至控制系統(tǒng)。

5 氣路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計

5.1 氣路系統(tǒng)設(shè)計

本裝置利用氣壓增壓原理進(jìn)行檢測，氣路系統(tǒng)如圖4所示，主要結(jié)構(gòu)包括：氣源、氣源處理裝置、氣管氣路、氣壓原件，支撐支架，其中氣路原件主要有氣源控制閥、電氣比例閥、數(shù)字式壓力開關(guān)等。氣路分兩路，一路氣從氣源處理裝置出來后經(jīng)氣源控制閥1，然后經(jīng)過電氣比例閥1調(diào)定壓力后送入洗碗機槽體密封腔，數(shù)字式壓力開關(guān)1檢測壓力后輸出信號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字式壓力開關(guān)1的檢測值控制電氣比例閥1的閥門開合大小，從而保持水槽洗碗機槽體密封腔腔內(nèi)壓力穩(wěn)定；另一路氣從氣源處理裝置出來后經(jīng)氣源控制閥2，然后經(jīng)過電氣比例閥2調(diào)定壓力后分兩路，一路送入充氣密封膠圈，另一路用于數(shù)字式壓力開關(guān)2檢測壓力值，此壓力值同樣輸出信號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字式壓力開關(guān)2的檢測值控制電氣比例閥2的閥門開合大小，從而保持洗碗機槽體充氣密封圈內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

5.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)主要控制元件為可編程邏輯控制器PLC?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖5所示。系統(tǒng)得電初始化完成后，程序進(jìn)入工作狀態(tài)，首先需設(shè)定洗碗機槽體密封腔腔體和充氣膠圈目標(biāo)氣壓值。氣路系統(tǒng)分別對兩路氣路充氣工作后，PLC獲取數(shù)字式壓力開關(guān)1和數(shù)字式壓力開關(guān)2反饋值并分別進(jìn)行比對，同時進(jìn)行PID算法計算，根據(jù)計算結(jié)果反饋調(diào)定電氣比例閥1 和電氣比例閥2的閥門開合大小進(jìn)行保壓工作，保壓觀察15s之后系統(tǒng)泄壓。

本文中采用的PID控制系統(tǒng)如圖6所示，以洗碗機槽體密封腔內(nèi)部壓力控制為例，通過前期設(shè)定的槽體密封腔內(nèi)部氣壓的目標(biāo)值（SV），PID模塊實時計算系統(tǒng)的設(shè)定目標(biāo)值（SV）與數(shù)字式壓力開關(guān)的反饋值(PV)的偏差大小，執(zhí)行PID運算，得出輸出值（MV），調(diào)節(jié)輸出電壓來控制電氣比例閥的閥門開合大小以及進(jìn)氣量，以達(dá)到穩(wěn)定槽體密封腔內(nèi)部氣壓的目的。

PID模塊根據(jù)速度型測定值微分型運算公式執(zhí)行PID運算，執(zhí)行動作的運算公式如下：

其中，EVn為本次采樣時的偏差，EVn-1為1個周期前的偏差，Dn為本次的微分項，Dn-1為1個周期前的微分項，SV為目標(biāo)值，KP為比例增益，PVnf為本次采樣時的測定值(濾波后)，PVnf-1為1個周期前的測定值(濾波后)，PVnf-2為2個周期前的測定值(濾波后)，ΔMV為輸出變化量，KD為微分增益，MVn為本次的操作量，TS為采樣周期，TI為積分常數(shù)，TD為微分常數(shù)。

6 應(yīng)用實例

該裝置已經(jīng)在某手動水槽洗碗機生產(chǎn)線得到應(yīng)用，對水槽洗碗機底部是否滲漏進(jìn)行檢測，圖7為檢測裝置實物外形照片，外形尺寸為：800mm(寬)×1230mm（深）×3020mm（高）。整套設(shè)備可移動，氣路組件及電控柜在臺車后方，操作人員在設(shè)備正面操作設(shè)備并將密封板導(dǎo)正。操作一側(cè)設(shè)上升按鈕、下降按鈕、充氣按鈕和急停按鈕。實際操作過程中，充氣密封圈的充氣壓力設(shè)定為0.12MPa，槽體密封腔腔內(nèi)充氣壓力設(shè)定為0.003MPa，相當(dāng)于30cm高度的水壓。經(jīng)過生產(chǎn)一線的實際應(yīng)用證明，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，檢測結(jié)果可靠、檢測精度高、性能穩(wěn)定，有效解決了以往漏判問題。

圖4 氣路系統(tǒng)示意圖

圖5 控制程序流程圖

圖6 PID控制系統(tǒng)

圖7 檢測裝置實物外形

7 結(jié)束語

該裝置利用氣壓增壓原理對水槽洗碗機底部滲漏進(jìn)行檢驗，能有效解決因水壓不足造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，節(jié)拍時間短，操作簡單，檢測結(jié)果可靠。目前該裝置主要用于單臺設(shè)備檢測，增加檢測模塊之后可推廣應(yīng)用至自動化流水線生產(chǎn)模式。