空調真空環線自動脫扣技術的分析與優化設計

廖方敏

（廣東紐恩泰新能源科技發展有限公司 廣州 511356）

引言

空調抽真空為了排除系統中的空氣（即不凝性的氣體）、水及其它雜質（如：銅粉），以提高空調系統的換熱效果，保證空調系統的穩定運行且發揮出其最大能力，同時檢驗空調系統是否已處于密閉狀態，為后面的冷媒灌注工序做準備。目前抽真空完成后人工將真空管的母接頭拔下來，脫離公接頭，存在真空度不合格情況下操作員工也能拔下母接頭的不受控的情況，從而進行注氟工序灌注冷媒，導致出現質量問題。本文闡述通過一種自動脫扣裝置實現抽真空后自動脫扣的方式，進行防呆，保證產品質量的可控性和一致性。

1 自動脫扣研究背景

1.1 人工脫扣的操作方式

抽真空的外機通過真空環線運行，運行時間大于180 s后，流轉到脫扣位置，人工查看真空計顯示燈，顯示綠燈為真空度合格，顯示紅燈時為真空度不合格。顯示綠燈時，人工左手扶住閥板，右手將母接頭拔下，脫離公接頭，如圖1所示。

圖1 人工脫扣方式

人工脫扣存在較多不可控因素，如人員疲勞、質量意識不足、情緒影響等，出現真空度不合格情況下誤脫或故意脫下母接頭，強行灌注冷媒，影響產品質量的穩定性。經統計，2019 年抽真空不良流到下工序的產品達到1 220 臺，此外，此崗位操作技術含量低但對品質影響較大，可用自動化手段代替人工操作，降低成本。

1.2 自動脫扣的控制方式

如圖2，當自動脫扣接頭對接產品，真空泵啟動后，當真空值達到工藝要求值時（30 Pa以內），合格信號燈亮，脫扣接頭不脫落，當該臺車旋轉至指定位置時（抽真空時間要求不低于180 s），有到位信號返回至控制系統，啟動電磁閥通氣，使脫扣接頭自動脫落，產品流向真空線出口推機機構將產品推出。

圖2 自動脫扣邏輯

如圖3，當真空值未到達要求值時，臺車到達指定位置后，脫扣接頭不脫落，真空線推桿機構不推出真空不良外機，回流向真空接頭上線作業員處理真空不良產品。

圖3 自動脫扣裝置安裝示意圖

2 自動脫扣母接頭優化改善

2.1 自動脫扣母接頭結構原理

自動脫扣實現的核心部件是自動脫扣母接頭，自動脫扣母接頭主要分為兩大部分：氣動部分和抽真空母接頭部分。主要由殼體、主體座頭、外殼座套、活絡頭、主體頭子、下襯套、上襯套、鋼球、閥芯組件、銅擋片、氣管接頭、后蓋帽、接頭座體、密封圈等構成，主要結構如圖4所示。

圖4 自動脫扣母接頭結構圖

自動脫扣母接頭使用壓縮空氣作為動力，脫扣系統發出脫扣信號后，電磁閥得電，輸出壓縮空氣，壓縮空氣從氣管接頭進入母接頭內部，氣流一分為二，同時向兩個方向流動，氣流①完成松開卡住公接頭鋼珠的動作，氣流②完成頂出公接頭的動作：氣流①通過主體座頭的溝槽進入主體座頭和外殼座套形成的密閉空間內，推動外殼座套向下襯套方向運行，外殼座套推動下襯套向公接頭方向運行，下襯套移動一定距離后，鋼球可向外移動，靠鋼球鎖緊的公接頭得以松開；氣流②通過主體座頭的溝槽進入主體座頭和活絡頭形成的密閉空間內，推動活絡頭向公接頭方向運行，與公接頭接觸并形成反作用力，因公接頭對于空調外機相對固定，故而母接頭自動彈出脫離公接頭。氣流方向如圖5所示。

圖5 自動脫扣母接頭運行圖

2.2 自動脫扣母接頭密封圈的設計與選材

自動脫扣母接頭關鍵部位在于密封圈，密封圈的氣密性和使用壽命極為重要。目前行業上類似的母接頭與公接頭密封處的密封圈容易出現壽命短情況，如破損、啃切、永久變形、硬化等，平均20天需要更換密封圈，其跟密封圈尺寸的設計、密封槽的設計、密封圈材質的選擇息息相關。本項目通過測量目前行業上一款類似母接頭的密封圈進行核算，并重新對密封圈的設計和選型，并經過6個月驗證，未出現氣密性問題，密封圈壽命達到平均60 天。

2.2.1 密封圈尺寸的設計

拉伸量：O形密封圈裝入密封槽后，都會存在拉伸量的變化。拉伸量的變化選用對O形密封圈的密閉能力和它的使用時間長短有很大關系。拉伸變量過小，容易出現啃切現象；拉伸變量過大，會導致其內應力增加和安裝時出現扭曲、斷面粗細不均現象。這都導致O形密封圈使用時間縮短，引起泄漏問題。拉伸變量（L，取值范圍為1.031～ 1.049）按下式計算：

式中：

a1—軸的直徑，mm；

a—O形橡膠類密封圈截面直徑，mm ；

A—O形橡膠類密封圈內徑，mm。

經測量所選行業上類似母接頭密封圈樣品，軸直徑、密封圈截徑、密封圈內徑分別是18.95 mm、3 mm、17.85 mm，計算得到該密封圈拉伸量：

本文研究的接頭對密封圈尺寸重新選型，采用軸直徑、密封圈截徑、密封圈內徑分別是18.95 mm、2.6 mm、18.25 mm，密封圈拉伸量是：

壓縮率：O形橡膠類密封圈在拉伸變形后，徑向方向的截面直徑減小，呈橢圓形。壓縮率（Y）由下式計算：

式中：

c—橢圓截面的短軸長度，mm；

h—O形橡膠類密封圈槽底與被密封表面的距離，即O形橡膠類密封圈壓縮后的截面高度，mm。

式（2）中Y的取值范圍見表1。

表1 O形橡膠類密封圈Y的取值范圍（%）

經測量所選行業上類似母接頭密封圈樣品，計算其壓縮率：

壓縮率（Y）超出取值范圍（12.5～17.5 %）。

本文研究的接頭對密封圈尺寸重新選型：

壓縮率（Y）在取值范圍（12.5～17.5 %）內。

具體參數對比見表2。

表2 行業和我司研究的母接頭密封圈參數對比

2.2.2 密封槽的設計

密封槽的設計組成包括密封槽的圓角半徑、密封槽寬、橡膠表面粗糙度等。密封槽的槽寬很重要，槽寬太寬時，會增大密封后的空行程，槽寬太窄時，會產生很大的摩擦力，有可能存在使密封圈材料擠入一定間隙，給生產裝配增加困難性。槽寬（K）的計算公式如下：

式中：

B —槽寬因數值。

對于內部的活動密封，B的應用數值范圍一般為1.11～1.16；對于外部的活動密封及固定的密封，B的應用數值范圍一般為1.16～1.26。橡膠密封槽的表面粗糙度對橡膠類密封圈的使用壽命長短有非常大的影響。對于活動性密封，表面的粗糙度為Ra0.85；對于固定性密封，表面的粗糙度為Ra1.65。橡膠密封槽的圓角半徑分為槽棱面圓角半徑和槽底面圓角半徑。槽棱面圓角是為了預防密封圈裝配的時候產生刮傷而設計的，其半徑不大于0.25 mm；槽底面圓角主要是為了防止該處會產生應力集中的可能而設計的，其半徑選取（0.35～0.75）mm。

經測量所選行業上類似母接頭密封圈樣品，槽寬為3.4 mm，經計算：

在取值范圍內。粗糙度、槽棱圓角半徑和槽底圓角半徑分別為Ra0.85 mm、0.15 mm、0.55 mm，均符合要求。

本文研究的母接頭根據密封圈尺寸重新設計槽寬：K=2.6*1.15=3.0 mm，粗糙度、槽棱圓角半徑和槽底圓角半徑分別為Ra0.85 mm、0.15 mm、0.55 mm。

2.2.3 密封圈材質的選用

真空接頭密封圈的選用需考慮它的密封形式、壓力、介質、工作環境溫度等因素。若選用不當，將會造成膠圈快速失效。抽真空接頭密封圈常用材質有丁腈橡膠（NBR）、氫化丁腈橡膠（HNBR）、氯醇橡膠（ECO）等。主要性能如表3所示。

表3 常用密封圈材質性能對比

在氣密性、溫度、抗磨性等方面，以上材質均可滿足用于抽真空接頭的密封圈，丁腈橡膠是目前用途最廣、成本最低的橡膠密封件，但使用壽命相對較低，更換周期一般為25 天，且不能用于MO冷凍油（目前R22冷媒主要使用MO冷凍油）。氫化丁腈橡膠比丁腈橡膠有更佳的抗磨性，更換周期一般為45 天，但也不能用于MO冷凍油。氯醇橡膠兼有耐寒性和耐油性最好的橡膠之一，更換周期一般為45 天，且適用于POE、MO冷凍油。因此，本文研究的自動脫扣母接頭密封圈選用氯醇橡膠材質。

3 自動脫扣的使用情況

通過自動脫扣的研究和實踐應用，消除了人工脫扣存在較多不可控因素，同步通過自動脫扣母接頭的優化，解決了行業上類似母接頭產生的泄露、密封圈壽命過低的問題。自動脫扣的運用，真空不良產品流到下工序從1 220 臺下降到20 臺，下降了83.6 %。此外，減少人工去讀真空計上的數據、脫下母接頭的操作人員，每條線可減員2 人，如圖6所示。

圖6 人工脫扣與自動脫扣真空不良產品流到下工序分析表

4 結束語

本文根據已有的設備基礎及其技術特點，研究了基于空調外機抽真空的自動脫扣技術，并完成了實際的應用，經實際運行效果表明，該套裝置設計科學、實用，具有明顯的質量防呆性和經濟效益。

同時，本文闡述的自動脫扣母接頭，對氣路控制具有良好的應用,可以在需要使用快速接頭進行抽真空的行業或企業進行推廣，實現產品抽真空真空度達到工藝標準后，設備與產品之間可以實現無人化、自動化的脫扣作業。