一種便攜式多功能自動瓶蓋啟閉裝置的研制思路

(重慶市計量質(zhì)量檢測研究院 重慶 404000)

一、引言

現(xiàn)代實驗室設(shè)備先進(jìn)，檢測精度高、速度快、數(shù)量多、檢測種類復(fù)雜。對前處理的速度提出了新的要求，傳統(tǒng)的處理方式跟不上檢測的需求，這就出現(xiàn)了一大批的自動化前處理設(shè)備。但是這些設(shè)備大多數(shù)都只是在對樣品前處理的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了自動化的簡化，很多地方仍然需要人工處理。

實驗室前處理的蓋子的擰緊和開啟，是很容易被忽略的一個地方，看起來這個工作簡單也不需要多大的力氣，但是很多前處理方式對蓋子的松緊程度有要求，特別是在批量大的時候，就需要有機(jī)械化工具配套才能跟上整個實驗室的進(jìn)度。比如微波消解過程中的微波消解管的蓋子，需要的力量較大，且會有酸霧產(chǎn)生，容易對人產(chǎn)生傷害。擰得過緊還容易損壞昂貴的消解罐蓋子。

二、瓶蓋啟閉裝置的研制思路

(一)確定蓋子的扭矩

確定蓋子的扭矩可采用靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法，靜態(tài)扭矩測量就是將瓶蓋擰緊后用扭矩扳手測量，動態(tài)扭矩測量就是在擰緊瓶蓋的同時用在線式扭矩傳感器測量。在靜態(tài)扭矩測量法中，瓶蓋狀況和操作人員的熟練程度對測量精度影響更大[1]，所以本項目采用動態(tài)測量法。

圖1 動態(tài)法確定瓶蓋扭矩

(二)確定動力源

可以根據(jù)經(jīng)驗公式推算出,扭矩與功率及轉(zhuǎn)速的關(guān)系[2]：

扭矩(T)=9550*功率(P)/轉(zhuǎn)速(n)

即:T=9550P/n 公式1

由此可推導(dǎo)出：扭矩=9550*功率/轉(zhuǎn)速《=》功率=轉(zhuǎn)速*扭矩/9550，即P=Tn/9550 公式2

方程式中：P—功率的單位(kW)；n—轉(zhuǎn)速的單位(r/min)；T—扭矩的單位(N.m)；9550是計算系數(shù)。由瓶蓋扭矩推算出電機(jī)功率，可作為選擇電機(jī)的參考。

(三)確定傳動系統(tǒng)

如今電動螺絲刀的傳動系統(tǒng)設(shè)計制作工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，瓶蓋啟閉裝置的傳動系統(tǒng)可參考電動螺絲刀。電動螺絲刀傳動系統(tǒng)中，馬達(dá)，齒輪箱和離合裝置對設(shè)備的扭矩值起著決定作用。只有三部分共同配比，才能夠正確調(diào)節(jié)到合適的扭力值。根據(jù)測定的扭矩需求值，通過減速的齒輪箱，再利用不同大小的齒輪進(jìn)行不同的配比進(jìn)行計算，最終可獲取想要的扭力值。其中，在保持大齒不變，馬達(dá)齒加大的情況下，齒輪比例會變小。反之則會增加。一般來講，齒比越小。電動螺絲刀的速度會變得越快，但是這個時候扭力就會變小。轉(zhuǎn)動的速度越快，扭力越大。[3]

(四)確定扭矩調(diào)節(jié)裝置

啟閉裝置可采用“機(jī)械式可調(diào)扭矩螺絲刀結(jié)構(gòu)”+數(shù)顯式雙向扭力表的組合精確調(diào)節(jié)扭矩。

參考電動螺絲刀的扭力調(diào)節(jié)環(huán)，它通過伸縮扭力彈簧的方式來進(jìn)行調(diào)節(jié)扭力的大小。其工作原理如下：當(dāng)緊固件順時針給手柄施加力矩時，可以根據(jù)待緊固的螺絲所需要的扭矩大小通過彈簧、調(diào)節(jié)螺母、調(diào)節(jié)螺桿來調(diào)節(jié)兩個棘輪嚙合面的壓力和摩擦力的大小，在彈簧的約束作用下，棘輪對上棘輪產(chǎn)生推力，扭矩主要來自于這個推力以及上下棘輪的摩擦力，這兩個力的大小都與彈簧的壓縮量有關(guān)。因此，扭矩的大小可通過彈簧的壓縮量來調(diào)整。[4]

圖2 電動螺絲刀扭力調(diào)節(jié)環(huán)

為了精確的控制電機(jī)的輸出扭矩，可加裝一種數(shù)顯式雙向扭力表。在傳動軸轉(zhuǎn)動的同時，輸出扭矩在扭力表上被清晰的顯示出來，如果和蓋子需求的扭矩不相符，可立即調(diào)節(jié)。扭力表要定期交由專業(yè)計量檢測機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)。

圖3 數(shù)顯式雙向扭力表

(五)加工旋蓋頭

微波消解罐蓋一般采用PFA材質(zhì)。為了保護(hù)罐蓋，旋蓋內(nèi)可安裝硅膠墊，轉(zhuǎn)接頭按照通用的螺絲刀接頭加工以實現(xiàn)一機(jī)多用途。

三、瓶蓋啟閉裝置組裝

圖4 瓶蓋啟閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖

四、瓶蓋啟閉裝置調(diào)試

瓶蓋啟閉裝置組裝完成后，需加載調(diào)試，用專門的扭矩測試儀驗證其扭矩輸出值是否為預(yù)定值。

五、結(jié)束語

本文通過對一種便攜式多功能自動瓶蓋啟閉裝置的研制思路探討，旨在組裝一種用于質(zhì)檢實驗室樣品前處理的設(shè)備，保護(hù)實驗人員身體健康，加速前處理過程，達(dá)到與其他的實驗進(jìn)程相適應(yīng)的目的。