基于計量泵精度標定的檢測裝置研制

尹 浩，吳 曉,，何呂濤，楊 彬

YIN Hao1, WU Xiao1,2, HE Lv-tiao2, YANG Bin1

（1.武漢紡織大學 機械工程與自動化學院，武漢 430074；2. 武漢洛特福動力技術有限公司，武漢 430058）

0 引言

汽車尾氣排放物，不僅給大氣環境造成嚴重的污染，而且時時危害著人們的身體健康。由此看來，對汽車尾氣的處理將顯得格外重要[1～3]。國內外已經開展了大量相關研究[4]。武漢洛特福動力技術有限公司研制了一款汽車尾氣處理裝置（已在柴油機上成功使用）。其中一個核心零件就是計量泵，它的功能是根據實際工況，抽取特制催化劑溶液到一個封閉容器內與汽車尾氣產生氧化-還原化學反應，大大降低甚至消除尾氣中的有害成分，排出無害的氣體。因此，該裝置對計量泵的質量和精度要求很高，尤其是對它的流量復現性精度要求更高[5,6]，在使用前必須對計量泵進行全面的檢測和標定，為此，本文研制了一款新型的計量泵檢測裝置。經試用，該檢測裝置較好地實現了廠家預定的功能，在其他計量泵檢測方面具有很好的推廣價值。

1 計量泵檢測原理

被測計量泵是汽車尾氣處理裝置的核心零部件，其功能是通過該泵抽起一定的催化劑溶液與汽車排出的尾氣發生化學反應，從而達到凈化尾氣的目的，本檢測裝置是為了測試該計量泵的流量是否符合設計要求而研制。對計量泵的基本要求是在指定的條件下，泵出液體的速率恒定，因此我們的檢測裝置就是測定指定時間內泵出液體的質量是否在允許誤差范圍內。本裝置選擇蒸餾水作為循環液體，按廠家設計要求，在60秒內泵出蒸餾水的質量應為25克，正負誤差0.25克。

計量泵的檢測原理如圖1所示，水箱-計量泵-天秤之間形成回路，借助計量泵和水泵可以使液體在回路中循環。單向閥的功能是防止液體產生回流，氣泵和兩通閥是保證一定壓力的氣體與通過計量泵抽上來的液體混合，計量泵和水泵的啟停工作時間由程序系統控制。檢測過程中用水代替特制的催化劑溶液，用壓縮空氣代替汽車尾氣，模擬尾氣處理裝置的工作環境。系統的工作原理是：計量泵從水箱抽出的水經過單向閥后，與一定壓力的氣體混合，形成氣液混合物，進入天平上的容器。液晶顯示屏上顯示天秤反饋的質量以及檢測結果等信息。當天平上容器的液體到達一定質量后，水泵開始工作，將容器中的水抽回水箱。

圖1 計量泵檢測原理圖

2 結構設計

為實現上述的檢測原理，我們對機械結構方案進行了多次討論和論證，最終定下了結構部分的詳細設計方案，如圖2所示。由于對檢測環境要求很高，選擇潔凈工作臺作為機架，為了提高檢測效率，該裝置設計可以同時檢測5個計量泵，即五個工位，而且每個工位都可以獨立工作，互不干涉。

圖2 檢測裝置總體方案

該裝置在機械結構上的難點主要體現在兩個方面：其一是如何保證密封良好的前提下能快速更換被測計量泵；其二就是如何實現計量泵的快速定位和密封。下面分別進行詳細說明。

2.1 密封方案設計

本設計的密封方案就是利用計量泵入、出口端的平面作為密封面，如圖3所示，借助端面密封圈進行密封。入口和出口密封圈分別由兩個氣缸帶動可以上下運動，以便實現快速密封。具體的密封方案如圖4所示，入口密封接軟管與水箱相連，出口密封通過軟管和單向閥與天平相連。

圖3 被檢測的計量泵以及上下密封面

圖4 出、入口密封方案

2.2 快速定位設計

如何保證被測計量泵的快速更換和定位是實現上面的密封方案的關鍵，為此設計了三塊板，即上密封氣缸固定板、定位面板和下密封氣缸固定板，如圖5所示。三塊板都安裝在潔凈工作臺上，并且彼此之間用支撐板連接，裝配完后成為一個整體，保證強度和剛度，同時還能提高定位精度。本方案共設計五個工位，每個工位上有四個氣缸，即一個下密封氣缸、一個上密封氣缸以及兩個壓緊氣缸，壓緊氣缸的功能是當被測計量泵定位后將其壓緊，同時給計量泵施加向下的壓力，防止下密封氣缸工作時將其頂起。

圖5 定位與密封總體結構圖

定位的關鍵是要從機械結構上保證入口密封、出口密封與計量泵的中心線重合。在安裝中，以出口密封為基準，對計量泵和入口密封進行調整。為此設計了嵌套式的計量泵定位套，將其嵌入到定位面板上，并且可沿X、Y方向進行少量調整，如圖6(a)所示，以保證計量泵的軸心與出口密封的中心重合；下氣缸固定在下密封氣缸固定板上，而該固定板上在X、Y方向都開有橢圓孔，下密封能沿X、Y方向調整，如圖6(b)所示，以保證下密封的中心與計量泵中心線重合。

圖6 定位機構設計圖

3 樣機制作與測試

3.1 樣機制作

裝置整體設計完成后，出全套完整的工程圖紙，然后按圖進行機械加工。整個設備是以潔凈工作臺為機架，定位、壓緊和密封部件都是安裝在潔凈工作臺上。潔凈工作臺采用精密儀器箱式結構，方便用戶使用，同時具有潔凈的工作環境，由于潔凈工作臺屬于非標結構，加工誤差較大，因此，我們先加工潔凈工作臺，然后根據工作臺的實際尺寸對其他相關部件進行尺寸微調，這樣可以保證后期的安裝和定位精度。工作臺的操作面板以及水箱采用不銹鋼板制作，用不銹鋼制作，臺架采用漆板制作。圖7是樣機的實物照片。

圖7 樣機實物照片

3.2 樣機測試

動作說明：將計量泵放入測試相應位置后，按“啟動”按鈕，壓緊氣缸下行，壓緊計量泵，上、下密封氣缸同時工作，接通出、入口，并密封，這樣，水箱-計量泵-天平之間形成回路；再按“開始”按鈕，計量泵開始抽水，系統計時開始，30秒后系統自動停止抽水，并從天平反饋抽水質量信息。同時所有氣缸退位，松開夾緊裝置，人工退出計量泵。當測試結果在規定誤差范圍內是，顯示屏會顯示“ok”，同時綠燈亮；測試出不良品時，紅燈亮，發出報警聲，并在觸摸屏上顯示不良原因。

經測試，樣機水箱清洗方便，檢測時對泵的定位和密封可靠。樣機在對產品進行測試時，測試人員可根據測試需要自行設定測試頻率及相應時間，可測試的工件頻率范圍為：0～50Hz。在檢測出不良產品時，設備報警，同時觸模屏上顯示出不良原因。測試時，觸模屏上應顯示出正在進行的動作并在檢測結束時顯示測試結果，并具有結果存貯與查詢功能。

4 結束語

通過對該設備進行實際的檢驗，證明了其有效性和正確性。提高了檢測的精確性，并大大提高了檢測工作效率。實驗結果表明,所研制的檢測系統不僅原理正確,而且實際運行良好,完全可以在工業領域推廣應用。

[1] 張昱虹.關于汽車尾氣對人體健康的危害研究[J].能源環境,2014,6：141，

[2] 宋波.汽車尾氣處理技術及展望[J].科技信息,2012,25：408-409.

[3] 胡春芳.城市汽車尾氣污染的危害與防治對策研究[J].資源節約與環保,2014,3：51.

[4] 于向和,隋秀梅,王軍.汽車尾氣檢測用流量分析儀結構設計及有限元分析[J].制造業自動化,2010,4(32)：158-161.

[5] 曹勤.計量泵的發展和應用[J] 石油化工設備,2001,30(5)：44-48.

[6] 何連榮.微機控制計量泵測試系統[J].有色礦冶,1995,3：48-54.