排气岐管非标设备检漏机.docx
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排气岐管非标设备检漏机
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摘要
针对国内大多数排气歧管检漏机精度不高、自动化程度低，操作不便等缺点，采用PLC可编程控制器开发一套新型的检漏机机械系统与控制系统，该系统专用于江铃汽车6C1Q9430CD型号排气歧管设计，该检漏机是结合人机工程学利用感应器与PLC可编程控制器在原有检漏机的基础上进行改进，有上下机架、主压封装置、安全门装置、侧堵封装置、还有三个气缸。
这个系统可以实现自动夹紧定位和检测操作。
系统上配备有气压控制系统，主压封装置对零件的夹紧与定位、安全门的升降、侧堵封装置的运动分别由三个气缸来进行控制，该检漏机主要实现手动上下料、自动检测的功能。
关键词：
排气歧管检漏机气压控制系统安全门装置
Abstract
Formostoftheexhaustmanifoldleakmachineaccuracyisnothigh,thelowdegreeofautomation,easytomaneuvershortcomings,thenewleakdetectionmachinePLCprogrammablecontrollertodevelopamechanicalsystemandcontrolsystem,thesysteminJMC.car6C1Q9430CDmodelexhaustmanifolddesign,theleakdetectionmachineiscombinedwithergonomicstoimproveonthebasisoftheoriginalleaksensorsandPLCprogrammablecontroller,upanddowntherack,themainpressuresealdevice,doorsecuritydevice,thesideoftheblockclosuredevice,therearethreecylinders.Thissystemcanachieveautomaticclamppositioningandtestingoperations.Onasystemequippedwithapressurecontrolsystem,theriseandfallofthemainpressuresealdeviceforclampingandpositioningoftheparts,securitydoors,sideblockingthemovementofthesealdeviceiscontrolledbyathreecylinder,theleakdetectionmachinemanualloadingandunloading,automaticdetectionfunction
Keywords：
Theexhaustmanifoldleakpressurecontrolsystem
securitygatedevice
1绪论
1.1本课题的来源、目的及意义
本课题来源于东风公司专用设备厂技术部门，是该公司针对江铃汽车排气歧管检漏机在实际生产过程中所出现的问题进行科学整理、归纳和完善，新开发的实现一种可对检漏机实现快速准确检测、并记录合格品数的设备。
所设计的设备是江铃汽车公司排气岐管非标设备检漏机。
排气歧管是发动机工作条件最为恶劣的零件之一，工作过程中承受着从环境温度到近千摄氏度左右的温度变化，同时还要满足气密性和耐久性的要求。
现代汽车发动机朝着小型化,高声功率的方向发展，排气压力也随之升高，这对排气歧管的密封性提了更高的要求。
如何检测排气歧管的密封性，保证发动机的密封性，提高汽车行驶安全性成为极为关键而亟待解决的问题，通常研究发动机密封性主要考虑进排气歧管垫、汽缸盖垫、气门、活塞环等处，却忽略了排气歧管本身的密封性要求，此课题针对此现象而研究排气歧管检漏机，用以指导生产实践，达到提高生产效率、减轻工人劳动力，提高效益。
该项目是东风公司专用设备厂的自主开发项目，通过现场调研发现主要有以下几个问题：
目前，不少排气歧管生产车间，都是采用泵水检漏机的检漏方式，检漏介质是水，把压缩空气充入到被检元件内腔，然后浸没在水中一定时间进行目测检验，如有渗漏则在渗漏部位出现气泡，并泛出水面，反之则无渗漏现象，为了达到检漏测试的目的，必须使工件没入水中。
检测运动形式有工件升降、水箱升降、水面升降等。
此种检漏方法极易造成水面的波动，影响检漏的准确性，同时泄露现象不易判断，操作工人主观影响较大，极易造成误废、等。
利用传感器，PLC可编程控制器，采用数控机床模式，充气检测操作由程序来控制，只需人工上料，按下开始检测按钮，安全门自动关闭，由程序控制夹紧—充气—检测—充气退—夹紧退—安全门开操作过程，检测完成后人工下料，利用本检测系统，一个工人可操作两台设备，大大提高生产率的同时减轻了工人工作量，具有操作方便，设备利用率高，高效快捷等突出特点，在生产线自动化方面，有着旺盛的生命力和广阔的发展前景。
1.2课题背景及国内外研究现状
1.2.1课题的国内外研究现状
.检漏机又称测漏机，试漏机，它主要应用于汽车、内燃机、摩托车、压缩机等行业，是检测其零部件泄漏状态，保证产品质量的重要设备。
市场上主要的检漏机有：
干式气密检漏机，干湿组合气密检漏机，流量检测气密检漏机，发动机总成气密检漏机。
干式气密检漏机：
被测工件封堵后，利用洁净，干燥的空气介质，通过测漏仪器对被测工件内侧进行充气、平衡、饱压、测量、排气；并显示测量后泄漏率大小。
其优点：
测试节拍短，测试结果定量显示，运行可靠经济。
干湿组合气密检漏机：
被测工件封堵后，利用洁净，干燥空气介质，通过测漏仪器，对被测工件内腔自动进行充气、平衡、饱压、测量、排气；并显示测量后泄漏率大小。
如显示的结果符合工艺要求，工件经自动排气松夹后，被自动送到下道工序后人工取下。
如显示测量结果，不符合工艺要求，该设备配置的水箱自动上升（或夹具下降）将工件浸没水中，人工观察工件泄漏部位，观察完毕，水箱自动下降，工件松夹，取下工件。
其优点：
测试结果定量显示，并能观察工件泄漏部位、测试节拍短、运行可靠经济。
流量检测气密检漏机：
主要应用于发动机缸盖气门，油封，消声器等测漏。
干燥的空气介质通过检漏仪器，对被测工件内腔自动进行充气、平衡、饱压、测量、排气；显示测量后泄漏率大小。
如显示的结果符合工艺要求，工件经自动排气松夹后，被自动送到下道工序后人工取下。
其优点：
测试结果定量显示，测试节拍短，运行可靠经济。
发动机总成气密检漏机：
主要应用于发动机总装后，通过人工对机油系统，冷却系统，燃油系统与各系统之间泄露状态的检测，并定量检测结果。
是解决发动机“三漏”，保证发动机质量的有效手段。
气密性检漏机应用于汽车、（摩托车）缸体/缸盖及总成、变速箱壳体、进排气歧管、油底壳。
转向壳体、汽车散热器、各种泵类总成、车桥总成、曲轴油封，、水箱、化油器、节温器、各种阀类总成。
1.2.2课题的研究趋势预测
随着我国经济的发展，各种中空容器的自动化生产线必将越来越多。
自动检漏机的研制成功，给各种中空容器的在线监测提供了必要的手段。
实践证明，今后检漏机将朝着智能化，带有语音功能的方向发展。
采用国外最新微电脑芯片、高精度传感器及零泄漏电磁阀，以保证检测结果准确性及仪器经久耐用。
微电脑自动控制检测过程和采集数据，采用最新算法及专门的软件对数据进行分析处理，最大程度地补偿了检测过程中的温度（包括环境温度）等影响。
克服了外界干扰，实现了直接压力差测漏，检测结果直观，具有很高的性能价格比，是众多气密检测的理想设备。
1.2.3课题的技术领域和背景技术
本实用新型所属技术领域为机械加工行业，具体来说是综合利用传感器与PLC可编程控制器，来达到对排气歧管的半自动检漏的目的。
目前，不少排气歧管生产车间，都是采用泵水检漏机来检测排气歧管的泄漏量通过观察是否有气泡冒出水面来判别是否有渗漏，这样工人必须随时集中注意力观察，容易产生疲劳，造成误判，劳动效率低，且此种检漏方法极易造成水面的波动，影响检漏的准确性，同时泄露现象不易判断，操作工人主观影响较大，且工作效率不高。
利用PLC可编程控制器控制的检漏机，只需要人工上下料，各种检测操作均自动完成，利用本检测系统，一个工人可操作两台设备，大大提高生产率的同时减轻了工人工作量，具有操作方便，设备利用率高，高效快捷等突出特点，在生产线自动化方面，有着旺盛的生命力和广阔的发展前景。
此检测系统，根据被检测元件的不同，有相对应不同系列的检测系统，本实用新型检测系统专用于江铃汽车—排气歧管检漏。
排气歧管型号6C1Q9430CD孔数为5孔径3.7*4,5.1。
此开发的一种专用检漏系统，将其用于排气歧管的生产车间，可实现半自动生产化，同时也可降低工人劳动强度，提高效率，该系统主要包括机械结构和气压控制两部分。
目前，国内有厂家生产此检漏装置，生产量少，且没有形成系列化、无批量生产的能力；国外，有厂家生产这种检漏装置，现在已经系列化、批量生产。
目前国内的专用高精度检漏机床基本上用的都是外国厂家的装卸系统。
随着生产线自动化的开展，从大型车间到中小车间的逐步落实，发动机厂、零部件厂对半自动化排气歧管检漏机的需求正快速增长。
此技术可应用于排气歧管的检漏，还可应用于机柴油滤清器的检漏，同样，本技术也适用于是有工程的管材、防喷器、阀门、采气井口装置、管汇、井下工具及航空、科研机构和各行业等各类压力容器的气密性检测。
1.3本课题研究的主要内容
本课题实用新型的目的是为了减小工人劳动强度，提高劳动效率，提供一种可对排气歧管的密封性进行自动检测的装置。
主要组成部分：
机架总成、安全门装置总成、主压封装置总成、气压控制系统、电气控制系统；课题需完成的内容：
机架总成、安全门气缸连接座总成、主压封装置中压头组件、端头组合件、工作台板的设计与绘图,气压控制系统的设计，电气控制系统的部分只作了解。
2检漏机系统方案设计
2.1专用机床的定义及其特点
专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。
组合机床是专用机床的一种，它以标准化部件为基础，配以少量的专用部件组成。
而目前一些机床厂对其生产的通用机床若作改动时，也习惯用专用机床来取代。
比如数控车床由于盘改为专用设计的，这台数控车床则不用原机床型号，而采取编专用机床号的办法。
由于专用机床是一种《量体裁衣》产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。
随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。
据有关资料介绍，日本2001年专用机床产值占机床产值的比达到8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%;而我国仅为0.67%。
所以，在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。
专用机床及其自动化生产线的制造，与大量生产汽车等性质不一样，也与普通机床的制造性质不一样，它具有两个极其鲜明的特征：
一是集成性。
用户订购专用机床都是要求交钥匙工程，它集加工工艺（含工艺方法及工艺参数），机床、夹具、工具（包含辅助）的开发设计与选择，检验测量（包括进入机床前的毛坯检验、加工中及成品的检验测量）物流的输送，切屑和冷却液的防护与处理等于一体。
它不仅仅解决其中的某一问题，而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。
二是单一性。
专用机床几乎都是单台性生产，要根据用户提出的要求，进行一次性开发，一次性制造，而且还要保证一次性成功。
2.1.1专用机床总体设计概述
专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。
因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。
加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。
有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件的外圆和端面加工。
2.2检漏机系统设计方案及可行性分析
随着生产线自动化的普及，市场上主要的检漏机有：
干式气密检漏机，干湿组合气密检漏机，流量检测气密检漏机，发动机总成气密检漏机。
前面分析了湿式检漏机的不足，这里提出一种半自动检漏机，结合感应器以及PLC可编程控制器，能有效实现自动化检漏操作，定量检测出泄漏量。
但由于不同型号排气歧管的结构参数和结构布置设计的不同，会直接影响检漏机的整体设计布局以及工作性能。
现以检测型号6C1Q9430CD孔数为5的排气歧管的检漏机为例进行分析探讨，提出如下两种对比方案。
方案一：
采用干式气密检漏机。
整体框架图如下图
（1）：
工作原理：
按下开始开关，由编程控制器控制电磁阀打开，向排气歧管内充一压力为P1的空气，然后关闭电磁阀，此刻的时间为T1；等待一定时间后，由测量部分检测被测容器内的的压力P2，此刻时间是T2；T2-T1为检测延时时间T0。
检查P1减P2的差是否超过所设定的值，若超过了所设定的值P0，就认为该容器是漏的，向可编程控制器发出一信号，可编程控制器点亮相应的显示灯，并显示不合格字样。
方案二：
采用干式对比气密检漏机。
在方案一的基础上添加标准露孔对比。
工作原理：
同样由编程控制器控制电磁阀打开，向排气歧管与标准露孔内充一等压的空气，然后关闭电磁阀，等待一定时间后，由测量部位分别检测被测容器压力P1与标准露孔内的压力P2，检查P1与P2的差是否超过所设定的值P0，若果超过了所设定的值P0，就认为该容器是漏的，向可编程控制器发出一信号，可编程控制器点亮相应的显示灯，并显示不合格字样。
本课题研究整体构架如下图1
1.下机架
2.上机架
3.底膜装置
4.主压封装置
5.侧夹具组件
6.安全门装置
7.电柜
图
（1）气密性检漏机整体结构框图
可行性分析
方案分析：
两方案均实行手动上下料，由气缸控制顶杆来实现夹紧定位，夹紧部位受力图（如下图
（2）所示），排气歧管进气口密封，从出气口来充入一定气压的空气，等待时间时间T0后，检测排气歧管内压力变化，用以判断排气歧管是否漏气。
图
（2）排气歧管密封夹紧部位受力示意图
-4-
方案一：
设定固定压差P0，用前后两次检测的压差与P0比较，若超出P0范围则判定为漏气，不合格品，此方案若要保证较高的可靠性，需在恒温条件下工作，因此提高了生产条件与费用。
方案二：
设有对比露孔，用被测件的前后压差与标准露孔的前后压差对比，若被测件的前后压差超出了标准露孔的前后压差，则判定被测件漏气不合格。
此方法消除了环境温度对测量结果的影响，因而不论在何种气温下都能检测出较可靠的结果，适用范围广，生产成本低。
经两方案的对比得知：
方案一的经济性差于方案二，故选择方案二来进行此课题的研究。
2．2．1主压封装置的结构和工作原理
（1）主压封装置的结构特点
主压封装置主要由三组压头组件、支架、拉杆、导向杆，MB型气缸，连接板、压头和主气缸安装版组成。
主压封装置结构布置如图（3）所示，气缸采用的是缸体固定活塞杆移动式结构，活塞缸的左右两端同时同压缩空气，即差动连接。
气缸固定于安装板上，活塞杆端连接压头组件安装板，压头组件安装板上安装有三组压头组件与一组导向杆，在导向杆导向的作用下，活塞杆的伸出与缩回就形成了排气歧管在检测台上的夹紧与松夹。
01.压头组件
02.压头组件
03.压头组件
1.支架
2.拉杆
3.连接板
4主气缸安装板
5.压头安装板
6.导向杆
7.MB型气缸
8.杆端螺母
9.浮动接头
10圆形线性轴承
图（3）主压封装置结构图
（2）主压封装置的工作原理
主压封装置通过气缸活塞杆的伸缩完成两种不同的功能动作：
定位夹紧和松夹。
当主压封装置进行定位夹紧动作时，首先手动上料，被测件放置工作台面正确位置后，开启开始检测按钮，首先安全门气缸活塞伸长关闭安全门，主压封气缸活塞杆伸长，在导向杆导向作用下，压头组件下移，使排气歧管夹紧定位于操作台上，由侧堵封气缸对排气歧管内腔充入指定压力，等待指定时间，检测排气歧管的泄漏量。
整个夹紧到检测过程中要处在保证安全门关闭的状态下进行，即安全门将工件与操作工人隔离开，避免主压封装置正在进行夹紧时，操作工人也进行触碰零件，造成工人受伤。
当检测完毕进行卸料动作时，与检测前的操作动作完全相反，首先侧堵封气缸退，主压封气缸活塞杆缩回，即零件松夹，安全门气缸缩回安全门打开，此时进行手动下料。
检测下个零件时，重复以上操作。
2.3设计思路
该系统主要包括机械结构和气压控制两部分,设有上下机架、主压封装置、安全门装置、底模装置、电柜、一个主压封气缸、一个侧堵封气缸、一个安全门气缸及一个侧夹具组件。
2.4具体方案
上下机架构成了整个检漏机的整体框架。
下架主要提供储气罐、空气过滤与干燥组合安装空间，同时起到支撑整个机床的作用，储气罐安装在底部采用卧式安装，空气过滤与干燥组合安装在下机架后壁板上，为整个气路提供清洁压缩空气。
中间机架支撑机床的同时提供检测操作空间，此机架承载了大部分操作装置的安装空间，由下到上是底膜装置、工作底板、工作台板，用于承载被测零件，左右两边有两个导柱，用于安全门的导向，由气缸活塞杆的往复运动转换为安全门的上下移动，安全门气缸缸体固定于上机架上，被测件后方空间安装有侧堵装组件，检测时封堵排气歧管出气口，也是由气缸固定，活塞杆往复运动来实现排气口的封堵与松开。
主压封装置的操作空间也在这一部分，左右两个支架起到支撑起整个主压封装置的作用，同理，气缸固定于主气缸安装板，活塞杆连接于压头组件安装板，活塞杆的往复运动转换为主压组件上下移动，两个导向杆穿过主气缸安装板连接于压头组件安装板上，上机架主要提供气缸安装空间以及操作显示面板。
1.下机架
2.上机架
3.底膜装置
4.主压封装置
5.侧夹具组件
6.安全门装置
7.电柜
图（4）气密性检漏机整体结构框图
下面对本实用新型操作步骤作进一步的详细描述:
下机架1、上机架2、底膜装置3、主压封装置4、侧夹具组件5、安全门装置6、电柜7
该检测系统有三种工作状态:
压紧状态、检测状态及松紧状态，下面就分别按三种状态介绍其基本的工作过程。
压紧状态：
参见上图（4），首先安全门气缸活塞杆伸出，在导向杆的作用下安全门下降，安全门下降到预定位置后，主压封装置气缸伸出状态使得前面介绍的主压组件安装板带动主压组件向下移动，被测件处于压紧状态，随后侧堵封气缸活塞杆伸出、封堵排气歧管排气口，整个过程完成。
检测状态：
工作图与压紧状态类似，检测前提是安全门处于关闭状态、主压封气缸夹紧被测件体，被测件排气口处于封堵状态。
从而主气缸向被测件与标准漏孔冲入等压压缩空气，等待确定时间后，自动检测被测件与标准漏孔的压差进行对比，从而达到检测的目的。
松夹状态：
侧堵封气缸活塞杆处于缩回状态使得前面介绍的排气口处于松开状态，主压封气缸活塞杆缩回，主压组件离开被测件表面使得被测件解压，安全门气缸活塞杆缩回使得安全门提升，提升到预定位置即停止提升且锁紧气缸防止安全门意外下降，手动下料，即完成整个操作过程。
2.5关键技术
在上下料过程中，主压封气缸与安全门气缸气压回路要有自锁功能，防止主压封装置与安全门装置松脱下落，造成人员伤害；
气压控制系统在停电状态下要具有自锁功能，主压封装置处于收回状态，安全门保持常闭状态，避免突然断电时，主压封装置自动回落造成危险，通电后需重新开启“开始”按钮才能继续检测；
电器控制系统，具有控制、计数、报警等功能。
其独有的互锁功能，使主压封装置进行夹紧被测件时，安全门装置处于长闭状态无法进行其他操作，这样就避免了误操作造成的危险。
2.6小结
本章主要通过了解主压封装置的结构和工作原理,根据车间操作环境与机床的结构特点,设计了一个具体方案,实现了手动上下料和自动检测的功能。
3检漏机系统结构及特点
3.1概述
检漏系统是结合机械部分与气压部分实现检漏的。
这个系统可以自动定量检测出被测件的泄漏量并计数合格数与不合格数。
系统上配备有气压压紧装置，气压安全门装置，系统检漏时安全门关闭，将被测件与操作工人隔离，从而保证设备正常运转的同时也可以用来保护操作工人的安全避免应不当操作而产生的伤害（该检测系统整个检测过程中安全门必须保持关闭状态）。
3.2主要零部件
检漏机系统的主要零部件如下：
下机架：
下机架主要起支撑整个机床的作用，材料选用Q235-A，整个气压系统的储气罐与空气过滤组合都安装在这部分。
图（4）下机架结构图
1机架2侧封板3前右门封板4后右门封板5左门封板6脚底安装座7三联件安装件8门锁9空气过滤组合10储气罐11底脚12脚轮
上机架：
上机架，连接于下机架，
主要提供各零部件安装空间与操作空间
框架材料选用铝型材，
图（5）上机架结构图
主压封装置：
图（6）主压封装置结构图
01压头组件102压头组件203压头组件31支架2拉杆3连接板4主气缸安装板5压头连接板6导向杆7气缸8杆端螺母9浮动接头10圆形线性轴承
压头组件借助支架固定于机架上，汽缸缸体通过螺栓连接固定于主气缸安装板上，活塞杆与压头连接板相连，压头组件通过法兰杆与压头安装板连接，主压封气缸活塞杆伸出时，在导向杆的导向作用下压头安装板带动压头组件向下运动，压住被测件。
压头组件内包含的压缩弹簧与内六角圆柱头螺栓起到调节压头组件刚性的作用，使被测件各个受力点受力均匀，增强被测件连接处密封性。
气缸活塞杆的往复直线运动最大行程为250cm
压头组件：
图（7）压头组件结构图
1法兰杆2活动杆3压块4压缩弹簧5内六角圆柱头螺栓6六角头螺母
法兰杆用螺栓连接于压头组件安装板上，参照上图主压封装置结构图介绍，主压封气缸活塞杆伸出时，压头组件向下运动，压块3达到零件表面，夹紧被测件。
由于被测件为铸造件，表面避
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