水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

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(jī)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(jī)的水槽內(nèi)添加純水的檢漏工藝方法來對(duì)水槽式洗碗機(jī)進(jìn)行滲漏水檢測(cè)。當(dāng)水槽式洗碗機(jī)水槽內(nèi)的純水水位到達(dá)溢流口位置時(shí)，需要持續(xù)靜放一段時(shí)間后，對(duì)水槽周邊是否出現(xiàn)滲漏情況進(jìn)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(cè)試時(shí)間有限，很難將細(xì)微的滲漏缺陷檢測(cè)出來，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷；并且在進(jìn)行每一次檢測(cè)的時(shí)候需要耗費(fèi)大量純水，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。本文通過采用外加氣體增壓的原理設(shè)計(jì)一種水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏的自動(dòng)檢測(cè)裝置，通過這種滲漏檢測(cè)裝置可以有效地對(duì)水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏情況進(jìn)行排查檢驗(yàn)，并且具有較高的準(zhǔn)確度；通過推行這一檢測(cè)裝置的使用能有效地規(guī)避誤判、減少水資源浪費(fèi)、提高檢測(cè)效率，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文利用氣體增壓原理，研發(fā)了一款水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置，該滲漏檢測(cè)裝置能有效解決因水壓不足、測(cè)試時(shí)間不夠等因素導(dǎo)致滲漏誤判的問題，整個(gè)檢測(cè)過程用水量較少，操作簡(jiǎn)單、便捷，檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)可靠。

1 整體設(shè)計(jì)方案

1.1 總體要求

需要檢測(cè)裝置對(duì)水槽式洗碗機(jī)水槽進(jìn)行有效地滲透檢測(cè)，并且在進(jìn)行檢測(cè)中具備準(zhǔn)確可靠的判斷，可根據(jù)壓降及時(shí)間節(jié)拍等特點(diǎn)來進(jìn)行高效率地檢測(cè)，整個(gè)滲漏檢測(cè)裝置穩(wěn)定實(shí)用。其中滲漏檢測(cè)裝置相關(guān)計(jì)算如下。

單位高度水壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)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(qiáng)為例，計(jì)算可得：p水=980 Pa≈0.001 MPa?？芍?0 cm高度水產(chǎn)生的壓強(qiáng)實(shí)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(qiáng)。本文采用外部輸入氣源壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合能量傳遞守恒定律來設(shè)計(jì)水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏的檢測(cè)裝置[1]。

1.2 總體方案

水槽式洗碗機(jī)水槽的密封好壞與否是評(píng)價(jià)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(duì)該項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)和嚴(yán)格控制。近年來人們對(duì)各種檢漏技術(shù)以及相關(guān)的檢測(cè)裝置進(jìn)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(jī)的水槽內(nèi)加注純水的工藝方法進(jìn)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(shí)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(shí)間內(nèi)無法測(cè)出細(xì)微的故障隱患，容易出現(xiàn)誤判現(xiàn)象，同時(shí)每次檢測(cè)需要加注大量純水靜放1 min以上方可進(jìn)行觀察，測(cè)試持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、效果差且純水浪費(fèi)較大。本次對(duì)水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要的技術(shù)要求為：（1）在較短的時(shí)間內(nèi)能準(zhǔn)確檢測(cè)并自動(dòng)識(shí)別水槽洗碗機(jī)的水槽是否存在滲漏水等異常情況；（2）檢測(cè)裝置穩(wěn)定好、再現(xiàn)性高、整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)牢固且外形美觀；（3）檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，操作簡(jiǎn)單、方便，使用安全可靠并具有較好的防護(hù)裝置。

該滲漏檢測(cè)裝置工作流程如下：（1）將裝配好的水槽式洗碗機(jī)整機(jī)置于檢測(cè)裝置的測(cè)試臺(tái)面上，往水槽式洗碗機(jī)的水槽內(nèi)加入少量純水；（2）通過充氣密封圈對(duì)水槽的開口端進(jìn)行密封，使得水槽內(nèi)形成一個(gè)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(dá)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(cè)試過程中密封空間內(nèi)的氣壓是否出現(xiàn)下降；（5）測(cè)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(jìn)行精準(zhǔn)、快速、高效地進(jìn)行滲漏以及部件安裝是否牢固等測(cè)試[2]。

如圖1所示，設(shè)計(jì)的水槽式洗碗水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置主要由5大部分組成，分別是控制系統(tǒng)1、升降機(jī)構(gòu)2、密封加壓機(jī)構(gòu)3、氣路系統(tǒng)4和機(jī)架5。其中，控制系統(tǒng)主要是用來驅(qū)動(dòng)控制檢測(cè)裝置每一機(jī)構(gòu)及構(gòu)件之間進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行；升降機(jī)構(gòu)是將密封加壓機(jī)構(gòu)推動(dòng)至水槽式洗碗機(jī)的槽體開口端，并在進(jìn)行檢查完畢之后將密封加壓機(jī)構(gòu)提升至初始位置，從而完成一個(gè)檢測(cè)循環(huán)；密封加壓機(jī)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(cè)試要求，通過氣路系統(tǒng)對(duì)充氣密封膠圈進(jìn)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(gè)密封腔體，再通過氣路系統(tǒng)對(duì)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(cè)試目標(biāo)[3]；機(jī)架部分主要是通過對(duì)各機(jī)構(gòu)組件的支撐固定以確保整臺(tái)滲漏檢測(cè)裝置順利完成各項(xiàng)檢測(cè)工作。

圖1 水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置

在進(jìn)行水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置的使用過程中，需要該裝置的機(jī)架來承擔(dān)升降機(jī)構(gòu)較為頻繁的移動(dòng)沖擊力，因此在機(jī)架的設(shè)計(jì)制造時(shí)需要著重考慮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，經(jīng)綜合評(píng)估考量該滲漏檢測(cè)裝置的機(jī)架整體可以采用50號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素方鋼管焊接后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)加工處理制造。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置中的升降機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)、升降架、支座、直線導(dǎo)軌、滾珠螺桿等5部分組成。伺服電機(jī)設(shè)置在機(jī)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(jī)接通電源后，通過電機(jī)工作帶動(dòng)滾珠螺桿進(jìn)行滾動(dòng)工作，從而驅(qū)動(dòng)升降架在支座上的直線導(dǎo)軌中上下移動(dòng)。

2.2 密封加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

密封加壓機(jī)構(gòu)主要是分為充氣密封膠圈、水槽式洗碗機(jī)槽體、密封固定板以及數(shù)字式壓力開關(guān)4個(gè)部分。其中密封固定板的作用是對(duì)充氣密封膠進(jìn)行定位和控制；充氣密封膠圈充氣后將水槽式洗碗機(jī)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(dá)到預(yù)定值時(shí)將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)以便關(guān)閉進(jìn)氣閥門和測(cè)試結(jié)束后排放氣體，同時(shí)記錄氣壓值，此外還可以對(duì)目標(biāo)壓板的壓力值上下限值進(jìn)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(shí)，那么數(shù)字式壓力開關(guān)會(huì)立刻將此信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)，以便于控制系統(tǒng)對(duì)相對(duì)應(yīng)的功能執(zhí)行件進(jìn)行有效控制[4]。

3 氣路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣路系統(tǒng)裝置主要作用是：（1）給檢測(cè)裝置輸送氣體；（2）確保輸送氣體充足并且氣體質(zhì)量?jī)?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(gè)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(duì)流入氣體壓力進(jìn)行有效控制，然后輸送到水槽式洗碗機(jī)槽體中的密封腔體內(nèi)，通過數(shù)字式壓力開關(guān)進(jìn)行壓力檢測(cè)，再將測(cè)得信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號(hào)與預(yù)設(shè)定數(shù)值的比較對(duì)比例調(diào)節(jié)閥進(jìn)行有效控制，從而確保水槽式洗碗機(jī)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(duì)壓力進(jìn)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(duì)壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將實(shí)測(cè)壓力值信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，再由控制系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)比例調(diào)節(jié)閥進(jìn)行有效控制，以確保水槽式洗碗機(jī)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(jì)

控制系統(tǒng)是水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置的關(guān)鍵元件，整個(gè)控制系統(tǒng)合理與否直接影響檢測(cè)結(jié)果以及設(shè)備工作運(yùn)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(jìn)入工作狀態(tài)；首先將升降機(jī)構(gòu)推移至設(shè)定位置，然后對(duì)密封加壓機(jī)構(gòu)的充氣密封圈以及水槽式洗碗機(jī)槽體密封腔的腔體進(jìn)行充氣控制，對(duì)所需的氣壓值進(jìn)行有效調(diào)節(jié)控制，當(dāng)氣路系統(tǒng)對(duì)兩路氣體進(jìn)行充氣之后，可以通過編程邏輯控制器所得到的兩個(gè)數(shù)字式壓力開關(guān)的反饋值，并對(duì)反饋值進(jìn)行比較，再利用PID算法進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行反饋，根據(jù)其反饋結(jié)果來對(duì)比例調(diào)節(jié)閥的閥門開合大小進(jìn)行有效控制，從而達(dá)到目標(biāo)壓力值，持續(xù)恒定保壓觀察達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施泄壓動(dòng)作[7]。上述水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過PID控制系統(tǒng)對(duì)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(shí)對(duì)系統(tǒng)中設(shè)定的目標(biāo)值與數(shù)字式壓力開關(guān)測(cè)定值的反饋偏差進(jìn)行比較控制，從而進(jìn)行PID計(jì)算，然后再進(jìn)行輸出值的計(jì)算，對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過比例調(diào)節(jié)閥的閥門開合大小來對(duì)氣量進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)槽體密封腔中的氣壓的穩(wěn)定控制[8]。

4 應(yīng)用實(shí)例

該水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置已經(jīng)在某水槽式洗碗機(jī)的生產(chǎn)線中進(jìn)行了實(shí)踐使用。在對(duì)水槽式洗碗機(jī)水槽是否出現(xiàn)滲漏情況進(jìn)行檢測(cè)中，整套檢測(cè)裝置各組合部件運(yùn)動(dòng)順暢、控制有效，氣路組件和電控柜在設(shè)備后端，使用時(shí)操作人員先將水槽式洗碗機(jī)的水槽槽體置于檢測(cè)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(cè)試要求設(shè)定輸入各段位測(cè)試氣壓、測(cè)試時(shí)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(dòng)系統(tǒng)開始滲漏檢測(cè)；檢測(cè)過程中，當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在測(cè)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(bào)，以便測(cè)試操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況[9]。經(jīng)過生產(chǎn)一線實(shí)際使用結(jié)果表明：本水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置整體的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在對(duì)水槽式洗碗機(jī)水槽進(jìn)行滲漏檢測(cè)時(shí)使用較為方便，所檢測(cè)的結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠，檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，使用性能穩(wěn)定，可以有效檢測(cè)和控制水槽式洗碗機(jī)水槽的滲漏問題，并且檢測(cè)使用的水量小于原來的1/10，大幅提高了檢測(cè)效率。

5 結(jié)束語

從以上的分析結(jié)果中可以看出，在進(jìn)行水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)中，檢測(cè)裝置可以通過氣體增壓的方式來對(duì)水槽洗碗機(jī)的水槽滲漏情況進(jìn)行有效檢驗(yàn)，并且其中水壓不足的問題。在進(jìn)行水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置使用過程中，整個(gè)檢測(cè)過程所耗用的水量相對(duì)較少，并且測(cè)試的時(shí)間節(jié)拍較短，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確、可靠?，F(xiàn)如今，水槽式洗碗機(jī)水槽滲漏自動(dòng)檢測(cè)裝置主要是對(duì)單臺(tái)的設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，由于本檢測(cè)設(shè)備可實(shí)施系統(tǒng)模塊化測(cè)試，因此可以采用多模塊并用的模式廣泛應(yīng)用于自動(dòng)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(jì)效益。