一種便攜式多功能自動瓶蓋啟閉裝置的研制思路

(重慶市計量質量檢測研究院 重慶 404000)

一、引言

現代實驗室設備先進，檢測精度高、速度快、數量多、檢測種類復雜。對前處理的速度提出了新的要求，傳統的處理方式跟不上檢測的需求，這就出現了一大批的自動化前處理設備。但是這些設備大多數都只是在對樣品前處理的主要環節進行了自動化的簡化，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，就需要有機械化工具配套才能跟上整個實驗室的進度。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，且會有酸霧產生，容易對人產生傷害。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測量法和動態測量法，靜態扭矩測量就是將瓶蓋擰緊后用扭矩扳手測量，動態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測量法。

圖1 動態法確定瓶蓋扭矩

(二)確定動力源

可以根據經驗公式推算出,扭矩與功率及轉速的關系[2]：

扭矩(T)=9550*功率(P)/轉速(n)

即:T=9550P/n 公式1

由此可推導出：扭矩=9550*功率/轉速《=》功率=轉速*扭矩/9550，即P=Tn/9550 公式2

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

(三)確定傳動系統

如今電動螺絲刀的傳動系統設計制作工藝已經相當成熟，瓶蓋啟閉裝置的傳動系統可參考電動螺絲刀。電動螺絲刀傳動系統中，馬達，齒輪箱和離合裝置對設備的扭矩值起著決定作用。只有三部分共同配比，才能夠正確調節到合適的扭力值。根據測定的扭矩需求值，通過減速的齒輪箱，再利用不同大小的齒輪進行不同的配比進行計算，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。轉動的速度越快，扭力越大。[3]

(四)確定扭矩調節裝置

啟閉裝置可采用“機械式可調扭矩螺絲刀結構”+數顯式雙向扭力表的組合精確調節扭矩。

參考電動螺絲刀的扭力調節環，它通過伸縮扭力彈簧的方式來進行調節扭力的大小。其工作原理如下：當緊固件順時針給手柄施加力矩時，可以根據待緊固的螺絲所需要的扭矩大小通過彈簧、調節螺母、調節螺桿來調節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。因此，扭矩的大小可通過彈簧的壓縮量來調整。[4]

圖2 電動螺絲刀扭力調節環

為了精確的控制電機的輸出扭矩，可加裝一種數顯式雙向扭力表。在傳動軸轉動的同時，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，可立即調節。扭力表要定期交由專業計量檢測機構校準。

圖3 數顯式雙向扭力表

(五)加工旋蓋頭

微波消解罐蓋一般采用PFA材質。為了保護罐蓋，旋蓋內可安裝硅膠墊，轉接頭按照通用的螺絲刀接頭加工以實現一機多用途。

三、瓶蓋啟閉裝置組裝

圖4 瓶蓋啟閉裝置結構示意圖

四、瓶蓋啟閉裝置調試

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

五、結束語

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檢實驗室樣品前處理的設備，保護實驗人員身體健康，加速前處理過程，達到與其他的實驗進程相適應的目的。