一種裝配端面密封圈的裝置研究

陳巖霞，王亮，謝賽

（北京天瑪智控科技股份有限公司，北京 100013）

1 前言

液壓閥領(lǐng)域密封圈起到了至關(guān)重要的作用，運動部件之間的相對運動對密封有要求的情況下，絕大部分產(chǎn)品采用O型密封圈實現(xiàn)密封。裝配后的密封圈能否可靠工作直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和壽命。引起液壓產(chǎn)品組件端面靜密封泄漏的主要原因，是O型密封圈圓周上每點的壓縮率不同所造成的，壓縮率與密封槽的加工精度和密封圈的裝配質(zhì)量有關(guān)。國內(nèi)研究主要集中在密封圈使用技術(shù)和過程的研究，目前，大部分O型密封圈的裝配都是采用撐開O型密封圈的方式進行密封圈的拾取和裝配，部分采用視覺配合機器人的方式進行裝配。國內(nèi)外針對不同裝配方法對裝配質(zhì)量的影響做了大量的仿真分析，對平面壓入的密封圈無切圈的風險。

本文對平面密封條件下O型密封圈的自動化裝配工藝過程進行實驗分析，為液壓閥領(lǐng)域密封圈裝配提供了技術(shù)借鑒。

2 組裝工藝研究

傳統(tǒng)裝配液壓閥平面槽內(nèi)的密封圈方式為人工手動將密封圈放到平面槽上上部，使用工具壓平，裝配后的效果如圖1所示。

圖1 人工裝配后效果圖

2.1 O型密封圈拾取工藝研究

為實現(xiàn)自動化裝配，對裝配工藝過程進行了深入研究。首先，對如何取密封圈做了多種備選方案分析，其中包括夾爪漲開式、真空吸取式、棒料套取式等。經(jīng)過實驗驗證，真空吸取式機構(gòu)是較簡單可靠且易于釋放密封圈的方式。

2.2 O型密封圈在平面槽內(nèi)的裝配工藝研究

傳統(tǒng)裝配工藝使用工裝夾具壓入時，由于人員手部的柔性和感知，可實現(xiàn)全方位壓平密封圈。但自動化設(shè)備對于帶感知的柔性機構(gòu)要求較高。本文提出了一種采用旋轉(zhuǎn)壓入的方法，可實現(xiàn)密封圈在平面槽內(nèi)的可靠裝配。

裝配過程中，對密封圈旋轉(zhuǎn)壓入的角度分別設(shè)置為270°、180°、90°、30°、10°及5°進行試驗，除了5°條件下，其余結(jié)果均可滿足安裝需求。理論上旋轉(zhuǎn)壓入的度數(shù)越大，密封圈安裝越到位。但旋轉(zhuǎn)度數(shù)越高，節(jié)拍時間越長，因此，確定旋轉(zhuǎn)壓入的角度為10°。圖2為旋轉(zhuǎn)5°時密封圈的壓入狀態(tài)，圖3為旋轉(zhuǎn)10°時密封圈的壓入狀態(tài)，對比可知，圖3裝配合格。

圖2 旋轉(zhuǎn)5°時密封圈壓入狀態(tài)

圖3 旋轉(zhuǎn)10°時密封圈壓入狀態(tài)

裝配完成后，使用放大鏡檢查在裝配過程中拾取工具是否對密封圈有損壞，如密封圈有破損、斷裂等情況。在將密封圈取出后，對每個密封圈進行檢查，檢查圖片如圖4所示，右側(cè)為未裝配密封圈，左側(cè)為裝配后取出密封圈。經(jīng)過對比整個裝配過程，未對密封圈產(chǎn)生損傷。

圖4 裝配后密封圈的檢測

3 設(shè)計方案

3.1 O型密封圈上料分離機構(gòu)設(shè)計

O型密封圈是軟質(zhì)材料，在物料自動分離時，需要無油的環(huán)境，否則，密封圈會黏連在一起，無法保證可靠分離成單個物料。本文采用常用的振動盤和直線振動器方式實現(xiàn)O型密封圈的有序排列輸出，設(shè)計帶有檢測密封圈有無及防止密封圈推擠導(dǎo)致堆積的機構(gòu)，將密封圈可靠地分離成單個物料。

由于密封圈比較光滑且質(zhì)量較輕，分離時機構(gòu)的切出速度不宜過快，更不宜產(chǎn)生較強沖擊，否則，會導(dǎo)致密封圈飛離取料位置。根據(jù)慣性公式，氣缸停止時的加速度計算如下：

ma≤mgf→a≤gf=10×0.9=9mm/s2

即，氣缸停止時的加速度應(yīng)小于9mm/s2，通過調(diào)節(jié)調(diào)速節(jié)流閥的開合程度控制氣缸的切出速度。

圖5 O型密封圈上料分級機構(gòu)示意圖

3.2 O型密封圈的取料機構(gòu)設(shè)計

本文采用真空吸取的方式拾取分離后的單個O型密封圈。結(jié)構(gòu)如圖6所示，機構(gòu)設(shè)計有吸附密封圈中徑處的小孔，與真空發(fā)生器通過接頭和氣管連接，側(cè)面設(shè)計真空破壞氣路（圖7），防止裝配后的密封圈與吸附機構(gòu)發(fā)生黏連。

圖6 真空吸附密封圈機構(gòu)示意圖

圖7 真空破壞氣路

根據(jù)實驗結(jié)果，采用四軸機器人帶動密封圈吸取機構(gòu)到密封圈分離機構(gòu)處吸取密封圈，見圖8。四軸機器人帶動密封圈吸取機構(gòu)旋轉(zhuǎn)下壓密封圈，角度設(shè)置為10°（順時針），見圖9。

圖8 真空吸取密封圈

圖9 旋轉(zhuǎn)下壓密封圈

4 結(jié)語

本文實現(xiàn)了O型密封圈自動上料及裝配的技術(shù)，并研制出一套自動裝配設(shè)備（圖10），現(xiàn)場使用穩(wěn)定可靠、裝配質(zhì)量穩(wěn)定，減員增效效果顯著，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，為液壓閥類端面密封領(lǐng)域提供了技術(shù)參考。

圖10