電極修復(fù)系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

夏鵬 李書環(huán) 劉源

摘 要：隨著電極使用的頻率越來越大，其誤差也逐漸加大。為使電極恢復(fù)其精度，設(shè)計了電極修復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分實現(xiàn)電極的上下移動，另一部分實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動以使轉(zhuǎn)盤上的容器變換至電極位置，進(jìn)行電極的清洗或修復(fù)，移動和轉(zhuǎn)動這兩種運動形式互不干涉，從而實現(xiàn)任意時間設(shè)置下電極清洗與修復(fù)。

關(guān)鍵詞：電極修復(fù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；移動；轉(zhuǎn)動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.251

1 前言

敏感梯度、響應(yīng)速度、讀數(shù)重復(fù)性等是電極重要的性能指標(biāo)，電極的重復(fù)使用會導(dǎo)致電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)或表面退化，從而給測量數(shù)據(jù)帶來很大誤差，影響測試結(jié)果。目前，電極修復(fù)即使用某種方法使其能恢復(fù)到原樣是解決這一問題的主要方法。

通過對國內(nèi)外電極修復(fù)的研究發(fā)現(xiàn)，人們一般采用化學(xué)法、物理法或交變電場方法進(jìn)行修復(fù)。比如在電極表面涂上一層物質(zhì)，以自發(fā)愈合電池工作過程中產(chǎn)生的細(xì)微裂紋，但這一方案成本較高；有的是簡單地用修復(fù)液修復(fù)，但卻沒有完成電極清洗這一過程。基于以上分析，提出了電極自動修復(fù)系統(tǒng)，其機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠滿足電極的清洗、修復(fù)和測試等過程，以恢復(fù)電極的精度，使在實驗時能夠保持統(tǒng)一的基準(zhǔn)[1]。

2 電極修復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的功能分析

系統(tǒng)應(yīng)該能在單片機控制下完成三個功能即清洗、修復(fù)和復(fù)位測試。用于清洗、修復(fù)和復(fù)位測試的溶液分別裝在三個容器中。這樣，電極需要完成的動作就包括這樣幾部分：（1）進(jìn)入清洗液容器進(jìn)行清洗然后移出并轉(zhuǎn)換至修復(fù)液容器位置；（2）進(jìn)入修復(fù)液容器進(jìn)行修復(fù)然后移出并轉(zhuǎn)換至測試液容器位置；（3）進(jìn)入測試液容器進(jìn)行測試然后移出并轉(zhuǎn)換至清洗液容器位置；如此反復(fù)。總結(jié)電極的運動可歸納為：水平面內(nèi)的自由位置變換和豎直平面內(nèi)的自由位置變換，而且這兩種位置變換互不干涉。這樣，即可達(dá)到在單片機控制下的自動電極清洗和修復(fù)過程。

2.2 系統(tǒng)的方案分析與設(shè)計

運動的形式有兩種，一是移動，一是轉(zhuǎn)動。位置的變換可通過移動、轉(zhuǎn)動或者移動與轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動來實現(xiàn)。本設(shè)計中，水平面內(nèi)的位置變換通過繞一中心的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，即將三個容器分布在同一圓周上；豎直平面內(nèi)的自由位置變換通過直線移動來實現(xiàn)。由于這兩種運動各自獨立，因此，可將這兩種運動安置于不同的物體上。

在常用機構(gòu)中，螺桿傳動不僅能實現(xiàn)電極的移動，而且節(jié)省空間，故本設(shè)計采用螺桿傳動。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動則有齒輪實現(xiàn)。最終確定的方案如圖1所示[2]。

電機帶動齒輪1轉(zhuǎn)動，齒輪1與螺桿2固聯(lián)，螺桿2轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)螺母3的移動，螺母3上安裝有實驗用的電極4，從而實現(xiàn)電極4的上下移動。螺母下面有轉(zhuǎn)盤6，上面安裝有三個可拆卸盛裝溶液的容器5，通過另一電機的帶動，可使齒輪8轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)與齒輪8同軸的轉(zhuǎn)盤6轉(zhuǎn)動。工作時，在單片機控制的電機作用下，電極向下移動進(jìn)入清洗液容器進(jìn)行清洗，然后向上移動，退出容器；接著，另一個電機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120°，使修復(fù)液容器處于電極下，電極重復(fù)向下以及向上的過程，完成修復(fù)；轉(zhuǎn)盤再轉(zhuǎn)過120°，測試液容器轉(zhuǎn)至電極下，電極完成測試過程；接著，轉(zhuǎn)盤再轉(zhuǎn)過120°，一個循環(huán)結(jié)束，另一個循環(huán)開始。如此反復(fù)。

3 機械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

按照電極清洗裝置工作要求，電極完成一次向下、向上時間分別為3s，根據(jù)電極高度確定的螺母行程為60mm，選擇電機轉(zhuǎn)速為1500r/m，傳動比為5，傳動螺旋螺距為4mm。如果選擇直流減速電機比如日本TAKANAWA 7字型金屬齒輪直流減速電機，其轉(zhuǎn)速可控制在160r/m，轉(zhuǎn)速比較低，可直接使其與螺桿聯(lián)接。根據(jù)工作要求，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動120°需要2s，齒輪8的取舍也可以根據(jù)所選擇電機來定[3]。

4 總結(jié)

根據(jù)需求對電極修復(fù)系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，該結(jié)構(gòu)由兩部分組成，分別完成電極的上下移動和容器的繞圓周轉(zhuǎn)動，兩種運動互不干涉，因而可以實現(xiàn)清洗、修復(fù)及間隔時間的任意設(shè)置，而且設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，不足的是，結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)有待在實驗中給予優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]周友泉.甘汞參比電極的修復(fù)方法[J].臨床檢驗雜志，1994（02）：1-2.

[2]李秀珍.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].第四版.北京：機械工業(yè)出版社，2004：59-256.

[3]邱懷宣.機械設(shè)計[M].第四版.北京：高等教育出版社，2002.

作者簡介：夏鵬（1996-），男，安徽蕪湖人，本科在讀，主要從事農(nóng)業(yè)機械方面的學(xué)習(xí)與研究。

*為通訊作者。