金屬波紋管抗疲勞測試工作臺的研制

黃慶華，余新平，吳向勤，胡飛鵬

(1.浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，浙江 東陽 322100；2.浙江寶森波紋管有限公司，浙江 東陽 322100)

0 引言

金屬波紋管在各類技術(shù)領(lǐng)域里應(yīng)用廣泛，特別是在各類測量儀器儀表中，主要用途是作為壓力、溫度、流量等儀表中的測量元件，通過位移、力或體積的變化將其轉(zhuǎn)換成壓力、溫度和流量等指標(biāo)。其制作的好壞直接關(guān)系到測量的準(zhǔn)確性，影響到儀器儀表的性能、執(zhí)行功能等。在金屬波紋管的設(shè)計(jì)和使用過程中，密封性和使用壽命是其重要的技術(shù)指標(biāo)。在生產(chǎn)過程檢驗(yàn)中，對每一批產(chǎn)品都需要進(jìn)行抗疲勞測試，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。一般公司生產(chǎn)的波紋管批次和種類較多，而傳統(tǒng)的金屬波紋管疲勞試驗(yàn)機(jī)是單波紋管抗疲勞測試，只能測試一種型號的波紋管，測試效率相對較低。為此，通過改進(jìn)氣動盤結(jié)構(gòu)和氣動系統(tǒng)，研制了一種多工位可調(diào)節(jié)測試位移和壓力的金屬波紋管疲勞試驗(yàn)機(jī)。

1 金屬波紋管結(jié)構(gòu)

圖1為某型號的金屬波紋管。該產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)為：壽命要達(dá)到30萬次，耐壓0.686 MPa，材料為Qsn6.5-0.1。其中壽命次數(shù)是一項(xiàng)特別重要的指標(biāo)，對每一批次產(chǎn)品的檢驗(yàn)率要達(dá)到0.1%，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。金屬波紋管的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 金屬波紋管基本參數(shù)

圖1 金屬波紋管零件圖

2 金屬波紋管抗疲勞測試工作臺的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工況要求，金屬波紋管抗疲勞測試工作臺的方案設(shè)計(jì)如圖2所示。金屬波紋管抗疲勞測試工作臺主要由電動機(jī)13、減速器11、偏心盤10、伸縮盤8、氣動盤5、調(diào)整盤2、支架1等組成。其機(jī)械傳動路線為：電動機(jī)是動力機(jī)構(gòu)，通過V帶12將運(yùn)動傳遞到蝸輪蝸桿減速器11，通過蝸輪蝸桿減速器11實(shí)現(xiàn)減速，從而提高傳動的扭矩，并且達(dá)到測試要求相應(yīng)的轉(zhuǎn)速；蝸輪蝸桿減速器11的輸出軸帶動偏心盤10，偏心盤10的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生豎直方向的位移，偏心盤10推動伸縮盤8向下移動，并且通過彈簧9實(shí)現(xiàn)復(fù)位。波紋管的最大壓縮量由偏心盤10的偏心距決定，可以選用不同偏心距的偏心盤10，從而滿足不同壓縮位移的波紋管的檢測。假如一次檢測不同伸縮量的波紋管，可以通過調(diào)節(jié)伸縮桿7的長度來調(diào)整波紋管的伸縮位移，伸縮桿7的調(diào)節(jié)是減小位移的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)多波、不同位移的波紋管疲勞檢測。

氣動盤5上安裝被檢測的波紋管，波紋管6與連接件間通過錫焊焊接，連接件與氣動盤5通過螺紋連接的方式固定，中間通過密封圈密封。氣動盤與氣動盤支撐架4使用滑塊方式安裝，側(cè)面有定位螺釘3，實(shí)現(xiàn)定位和夾緊，這樣能快速地進(jìn)行氣動盤5的拆裝。被檢測波紋管與伸縮盤8之間的距離由調(diào)整盤2調(diào)整，轉(zhuǎn)動調(diào)整盤，從而調(diào)整氣動盤5的高度。

1-支架；2-調(diào)整盤；3-定位螺釘；4-氣動盤支撐架；5-氣動盤；6-波紋管；7-伸縮桿；8-伸縮盤；9-彈簧；10-偏心盤；11-蝸輪蝸桿減速器；12-V帶；13-電動機(jī)

3 氣動盤的設(shè)計(jì)

根據(jù)工況要求，氣動盤一般按照4個(gè)工位設(shè)計(jì)，也可以設(shè)計(jì)成其他多工位。以4個(gè)工位氣動盤為例，氣動盤各個(gè)工位之間根據(jù)被測試金屬波紋管的壓力不同主要有三種類別：①只測一種壓力，4個(gè)安裝孔位相互連通，如圖3(a)所示；②能測兩種壓力，兩個(gè)安裝孔位分別相互連通，如圖3(b)所示；③可以測4種不同的壓力，4個(gè)安裝孔位都相互獨(dú)立，如圖3(c)所示。單壓四通氣動盤零件圖如圖4所示。

圖3 三種4工位氣動盤工位圖

圖4 單壓四通氣動盤零件圖

4 測試工作臺的氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疲勞測試工作臺的氣動原理圖如圖5所示，主要包括Q1氣源、G1氣動三聯(lián)件(含調(diào)壓閥)、W1～W8截止閥、V1～V4減壓閥、P1～P4壓力計(jì)等氣動元器件。Q1氣源選擇壓縮氮?dú)猓瑲鈮阂话氵x用1 MPa。G1氣動三聯(lián)件(含調(diào)壓閥)主要作用是空氣過濾，并且調(diào)節(jié)和穩(wěn)定氣源的輸出壓力。通過調(diào)壓并穩(wěn)壓后氣源分成平行的4路輸出至氣動盤，每一路前后各有一個(gè)截止閥，兩個(gè)截止閥中間是減壓閥和壓力表，在工作過程中，通過調(diào)整減壓閥的輸出壓力，實(shí)現(xiàn)測試工作臺被測波紋管的壓力調(diào)整，并保持穩(wěn)定的輸出壓力。4個(gè)平行的氣動輸出回路根據(jù)不同的氣動盤選擇其工作狀態(tài)。表2為 疲勞測試工作臺氣壓系統(tǒng)基本參數(shù)要求。

Q1-氣源；G1-氣動三聯(lián)件(含調(diào)壓閥)；W1～W8-截止閥；V1～V4-減壓閥；P1～P4-壓力計(jì)

表2 疲勞測試工作臺氣壓系統(tǒng)基本參數(shù)要求

5 波紋管的安裝與檢測

5.1 波紋管的焊裝

將所要測試的波紋管通過錫焊的方式焊接在連接件上，焊接要求牢靠，沒有虛焊和側(cè)漏，外觀要求波紋管平直，不歪斜，如圖6所示。焊接好后的波紋管放置在工作臺上冷卻5 min以上，冷卻后的連接件底部安裝密封圈，密封圈必須裝配到連接件底座的凹槽內(nèi)。密封圈必須選擇合適的型號，注意焊裝波紋管時(shí)必須先拆下密封圈，以免燒化。

圖6 波紋管連接件 圖7 氣動盤連接件安裝

5.2 波紋管連接件的安裝

將焊裝好的波紋管連接件安裝到氣動盤上，安裝過程中使用扭力扳手?jǐn)Q緊，按要求達(dá)到相應(yīng)扭矩值即可，偏差不能超過規(guī)定扭矩值±10%，太緊影響連接件和密封圈的使用壽命，太松不能保證連接件和氣動盤之間的密封性。還需要觀察擰緊后的波紋管連接件外形，并對波紋管予以手工整形，保證波紋管平直，如圖7所示。

5.3 氣動盤的高度調(diào)整

將安裝好波紋管連接件的氣動盤安裝到氣動盤座上，并緊固側(cè)面的螺釘。首先用手轉(zhuǎn)動皮帶輪，使測試臺減速器輸出軸上的偏心路中間點(diǎn)對準(zhǔn)伸縮桿(向下偏心距離最小值位置)，再旋轉(zhuǎn)調(diào)整盤，使測試的產(chǎn)品頂部平面與測試設(shè)備上平面剛好接觸。并觀察產(chǎn)品頂部平面與測試設(shè)備的上平面是否有間隙，在有間隙的情況下需繼續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)整盤，直至產(chǎn)品頂部平面與測試設(shè)備的上平面剛好無間隙為止，如圖8所示。假如測試不同高度型號的波紋管，高度值小的波紋管可以調(diào)整伸縮盤上的伸縮桿的距離，從而使伸縮桿的底部平面與波紋管的頂部平面相接觸。注意在手動轉(zhuǎn)動電機(jī)的皮帶輪時(shí)，必須保證電源為關(guān)閉狀態(tài)，防止因設(shè)備故障造成人身傷害。

圖8 氣動盤高度調(diào)整

5.4 啟動檢測設(shè)備

打開氣源，調(diào)整氣源輸出壓力，再打開輸入截止閥，并調(diào)整減壓閥，輸出壓力計(jì)(如圖9所示)的壓力顯示值達(dá)到額定壓力值，再打開輸出截止閥，并觀察氣動盤上的被測波紋管有無漏氣，在保證沒有漏氣的情況下，接通電源，將相應(yīng)檢測設(shè)備的計(jì)數(shù)器數(shù)值歸零，啟動電機(jī)按鈕，開始波紋管的壓力疲勞測試。在試驗(yàn)過程中，需要經(jīng)常觀察設(shè)備和試驗(yàn)品有無異常情況，保證測試設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)檢測次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器(如圖10所示)額定設(shè)置值時(shí)，電機(jī)自動斷電，做好產(chǎn)品型號和批次的檢測記錄。當(dāng)測試過程中遇到波紋管疲勞損壞時(shí)，設(shè)備也會停止運(yùn)行，并自動報(bào)警。

圖9 壓力計(jì) 圖10 計(jì)數(shù)器

6 結(jié)束語

金屬波紋管疲勞試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)在某公司生產(chǎn)中得到應(yīng)用。在設(shè)備的運(yùn)行過程中，檢測的精度和檢測的效率都符合檢測要求，并且氣壓系統(tǒng)運(yùn)行可靠，檢測的工作精度及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合檢測要求。本文研究優(yōu)化了氣動盤的多工位、多型號的設(shè)計(jì)，使檢測范圍大大增加，取得了較好的使用效果。