Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность

Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность

Реферат

 

Изобретение используется в контрольно-испытательной технике. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности стенда, который содержит ротор в виде поворотного стола с приводом его шагового перемещения, на котором установлен набор испытательных блоков, каждый из которых содержит элемент герметизации, клапан отсечки и фланец с уплотнением, подключенные к стабилизированному источнику испытательного газа. Контрольный блок содержит бракующее устройство, дроссельный делитель, соединенный с источником сжатого газа и подключенный к отдельным камерам элемента сравнения. Контрольный блок имеет возможность периодического подключения к каждому испытательному блоку посредством пневморазъема. При этом осуществляется сравнение давлений в камерах элемента сравнения и по их соотношению судят о негерметичности изделия. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-испытательной технике и может быть использовано для автоматического контроля герметичности изделий сжатым воздухом в серийном и массовом производстве, например запорных кранов газовой плиты.

Известен автомат для контроля герметичности полых изделий, содержащий уплотнительные узлы с датчиками утечки, систему подачи испытательного газа, механизм перемещения изделий в виде ротора и механизмы отбраковки (авт. свид. СССР, N 1167465, кл. G 01 M 3/02).

Недостатком указанного автомата является сложность технологического процесса контроля герметичности и невысокая производительность. Кроме того, автомат рассчитан на контроль одного типа изделий.

Наиболее близким техническим решением является стенд для испытания изделий на герметичность (авт. свид. СССР N 1670445, кл. G 01 M 3/02), содержащий контрольный блок, состоящий из бракующего устройства, элемента сравнения, выполненного в виде четырехкамерного мембранного блока, одна из его средних камер соединена с дроссельным делителем, выполненным в виде последовательно соединенных постоянного дросселя, подключенного к источнику сжатого газа, и регулируемого дросселя, связанного с атмосферой, ротор с приводом его шагового перемещения, на котором расположены элементы герметизации изделий с трубками, полость каждой из которых через входной дроссель подключена к коллектору, соединенному с источником сжатого газа.

Здесь упрощается процесс контроля, повышается его надежность путем исключения ложного срабатывания и увеличивается производительность. Однако этот результат достигается за счет значительного усложнения конструкции вследствие большого количества одновременно задействованных и установленных на вращающемся роторе контрольных блоков, что дополнительно снижает надежность стенда в целом.

Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции и повышении надежности за счет применения одного, общего для всего стенда блока контроля и его расположения вне ротора, исключения электрической проводки и уменьшения пневматических каналов питания, подводимых на вращающийся узел автоматизированного стенда - ротор.

Указанный технический результат достигается тем, что известный автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность, содержащий контрольный блок, состоящий из бракующего устройства, элемента сравнения, выполненного в виде четырехкамерного мембранного блока, одна из его средних камер соединена с дроссельным делителем, выполненным в виде последовательно соединенных постоянного, подключенного к источнику сжатого газа, и регулируемого дросселя, связанного с атмосферой, ротор с приводом его шагового перемещения, на котором расположены элементы герметизации изделий, каждый из которых через входной дроссель подключен к коллектору, соединенному с источником сжатого газа, согласно изобретению, содержит набор испытательных блоков, установленных на роторе по его периметру с одинаковыми шагом, каждый из которых образован последовательным подсоединением к элементу герметизации клапана отсечки и фланца, имеющего осевой канал и уплотнение, закрепленное со стороны его открытого торца, контрольный блок содержит пневмораспределитель, штуцер с осевым каналом и смонтирован с возможностью периодического подключения к каждому испытательному блоку, канал штуцера подсоединен к нормально закрытому и управляющему входам пневмораспределителя, нормально открытый вход которого подключен к дроссельному делителю, а его выход - ко второй средней камере мембранного блока, при этом штуцер образует с соосно расположенным фланцем каждого испытательного блока пневморазъем, снабженный приводом линейного перемещения штуцера, который синхронизирован с приводом шагового перемещения ротора и толкателем, смонтированным с возможностью взаимодействия с управляющим элементом клапана отсечки после подключения контрольного блока к испытательному блоку.

Причем клапан отсечки может быть выполнен в виде подпружиненного запорного элемента, расположенного в канале фланца, который подключен к элементу герметизации, толкатель смонтирован на штуцере соосно каналу фланца с возможностью взаимодействия с запорным элементом после подключения контрольного блока к испытательному блоку.

Кроме того, привод линейного перемещения штуцера может быть выполнен в виде пневмоцилиндра с двухсторонним полым штоком, соединенным соосно со штуцером.

Отличиями заявляемого автоматизированного стенда является его конструктивное исполнение, при котором контрольный блок смонтирован с возможностью периодического подключения к каждому испытательному блоку посредством пневморазъема, образованного штуцером с соосно расположенным фланцем каждого испытательного блока, при этом фланец имеет осевой канал и уплотнение, закрепленное со стороны его открытого торца. Это позволяет осуществлять необходимую пневматическую связь для передачи информационного сигнала между контрольным блоком и испытательными блоками, смонтированными на вращающемся роторе, во время его остановки и таким образом использовать только один контрольный блок для контроля утечки во всех изделиях, следовательно, существенно упростить конструкцию стенда и тем самым повысить его надежность.

Исполнение пневморазъема, при котором штуцер снабжен приводом линейного перемещения и толкателем, смонтированным с возможностью взаимодействия с управляющим элементом клапана отсечки после замыкания пневморазъема, а фланец имеет торцевое уплотнение, позволяет автоматизировать процесс стыковки элементов пневморазъема и обеспечить пневматическое подключение контрольного блока к испытательному блоку только после уплотнения штуцера и фланца.

Исполнение испытательных блоков, при котором каждый из них снабжен клапаном отсечки, позволяет подавать на все изделия испытательное давление газа независимо от контрольного блока и тем самым совмещать время, которое изделие должно находиться под испытательным давлением с временем транспортировки изделий на роторе.

Синхронизация привода линейного перемещения штуцера с приводом шагового перемещения ротора позволяет автоматически обеспечить срабатывание пневморазъема после поворота ротора на один шаг, т.е. поочередное подключение контрольного блока к каждому испытательному блоку.

Размещение пневмораспределителя контрольного блока, при котором его нормально открытый вход подсоединен к дроссельному делителю, а его выход - ко второй средней камере мембранного блока, позволяет при отключенном от изделия контрольном блоке запитывать обе камеры элемента сравнения одинаковым давлением, что обеспечивает проверку правильности настройки устройства, а также обеспечивает быстрое выравнивание испытательного давления в контрольном блоке после его подключения через пневморазъем к испытательному блоку.

Выполнение клапана отсечки в виде подпружиненного запорного элемента, расположенного в канале фланца, который подключен к элементу герметизации, а толкатель смонтирован на штуцере соосно каналу фланца с возможностью взаимодействия с запорным элементом после подключения контрольного блока к испытательному блоку, упрощает конструкцию устройства и уменьшает пневматическую емкость каналов между элементом герметизации и фланцем, что повышает чувствительность контрольной системы.

Выполнение привода линейного перемещения штуцера в виде пневмоцилиндра с двухсторонним полым штоком, соединенным соосно со штуцером, позволяет использовать в качестве рабочего тела привода сжатый газ, который задействован в стенде, чем упрощается конструкция привода. Кроме того, повышается надежность подключения пневморазъема благодаря жесткому креплению и соосному расположению каналов элементов пневморазъема.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усмотренному заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами конструкции и схемами автоматизированного стенда для испытания изделий на герметичность.

На фиг. 1 изображен автоматизированный стенд, схема взаиморасположением ротора, испытательных блоков и контрольного блока, а также схема подключения трубопроводов к их устройствам; на фиг. 2 - автоматизированный стенд - вид сверху; на фиг. 3 - принципиальная схема контрольного блока, испытательного блока и схема расположения элемента пневморазъема; на фиг. 4 - вариант выполнения клапана отсечки с фланцем и привода линейного перемещения штуцера.

Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность (фиг. 1 и 2) содержит ротор в виде поворотного стола 1, имеющий возможность шагового перемещения от привода 2 шагового поворота. На корпусе (не показан) автоматизированного стенда на уровне поворотного стола 1 расположен контрольный блок 3. На поворотном столе 1 по его периметру с одинаковым шагом расположен набор испытательных блоков 4. Каждый из них содержит основание 5, на котором установлен элемент 6 герметизации, клапан отсечки 7 с элементом 8 управления, фланец 9, имеющий осевой канал 10 и уплотнение 11 в виде резинового кольца, закрепленное со стороны его открытого торца, и входной дроссель 12. Все компоненты испытательного блока 4 последовательно соединены между собой и с коллектором 13 посредством трубопроводов 14. Коллектор 13 смонтирован на поворотном столе 1 и подключен к стабилизированному источнику сжатого газа (не показан). В качестве клапана отсечки 7 может быть использован типовой пневмоклапан с механическим односторонним элементом управления в виде штока (см. в кн. Выбор и расчет распределительной аппаратуры для пневматических систем управления станков, манипуляторов и других машин. Методические указания. /Под ред. А. И. Кудрявцева. - М.: НИИМАШ, 1977, с. 16-77). Элемент 6 герметизации испытуемого изделия 15 выполнен в виде эластичной втулки 16 (фиг. 3), установленной на трубке 17, которая подпружинена в осевом направлении пружиной 18 и снабжена роликом 19. Привод перемещения элемента 6 герметизации выполнен в виде неподвижного копира 20, установленного на позиции загрузки-разгрузки автоматизированного стенда и имеющего возможность взаимодействия с роликом 19. Испытательный блок 4 предназначен для подачи и поддержания испытательного давления с учетом возможной утечки газа в изделии 15 на протяжении всего времени его испытания на герметичность независимо от контрольного блока 3 и последующей передачи информации в виде перепада давления в контрольный блок 3. Контрольный блок 3 содержит пневматическую плату 21, на которой смонтированы элемент 22 сравнения в виде четырехкамерного мембранного блока с центральным камерами А и Б; пневмораспределитель 23 с нормально открытым входом 24, нормально закрытым входом 25 и управляющим входом 26 (в качестве пневмораспределителя 23 может быть использовано типовое устройство с пневматическим управлением, см. вышеуказанную книгу); камера А элемента 22 сравнения подключена к дроссельному делителю 27, образованному последовательно соединенными постоянным дросселем 28, связанным с источником стабилизированного сжатого газа (не показан) и регулируемым дросселем 29, связанным с атмосферой; бракующее устройство 30, содержащее пневматическую сигнальную лампу 31 и пневмоэлектропреобразователь 32, связанный с исполнительным механизмом (не показан); штуцер 33 с осевым каналом 34, снабженный приводом 35 линейного перемещения и толкателем 36. Все элементы и устройства контрольного блока 3 соединены между собой посредством каналов 37, выполненных в плате 21. Элемент 22 сравнения предназначен для сравнения заданной величины испытательного давления с реальной величиной давления в испытуемом изделии 15 и выдачи результирующего сигнала о его герметичности или негерметичности на бракующее устройство 30. Пневмораспределитель 23 обеспечивает подключение камеры Б к дроссельному делителю 27, когда контрольный блок 3 находится в режиме ожидания и осуществляет подключение этой камеры к каналу 34 штуцера 33, когда контрольной блок 3 находится в режиме контроля. Это позволяет в режиме ожидания проверять правильность настройки элемента 22 сравнения и поддерживать давление газа в камере Б, аналогичное давлению в камере А, которое соответствует допустимой величине утечки. При этом штуцер 33 образует с соосно расположенным фланцем 9 каждого испытательного блока 4 пневморазъем 38, который предназначен для обеспечения пневматической связи между контрольным блоком 3 и тем испытательным блоком 4, которому принадлежит соответствующий фланец 9. Уплотнение 11 предназначено для герметизации пневморазъема 38 при его замыкании и обеспечения хода толкателя 36 для воздействия на управляющий элемент 8 клапана отсечки 7. Привод 35 линейного перемещения предназначен для автоматического перемещения и прижатия штуцера 33 к фланцу 9 для обеспечения замыкания пневморазъема 38. При этом привод 35 линейного перемещения имеет пневматическую или электрическую связь (не показана) с приводом 2 шагового перемещения поворотного стола 1 для обеспечения синхронной последовательности их работы. Толкатель 36 предназначен для воздействия на управляющий элемент 8 клапана отсечки 7 для его открытия. Такая компоновка автоматизированного стенда позволяет отделить длительный по времени процесс испытания изделия сжатым газом от непродолжительного контроля, т.е. процесса выявления наличия утечки в этом изделии. При этом производительность стенда не меняется, а существенно упрощается его конструкция за счет сокращения количества контрольных блоков 3 и трубопровода 14, необходимых для их подключения к источнику сжатого газа.

При этом клапан отсечки 7 может быть выполнен (фиг. 4) в виде запорного элемента 39, снабженного пружиной 40, усилие которой регулируется резьбовой втулкой 41 и расположенных в канале 10 фланца 9. В этом случае толкатель 36 устанавливается на штуцере 33 соосно каналу 10 фланца 9, что обеспечивает отжим запорного элемента 39 после замыкания пневморазъема 38 для обеспечения пневматической связи. Такая композиция клапана отсечки 7 и фланца 9 упрощает конструкцию испытательного блока 4.

Привод 35 линейного перемещения штуцера 33 может быть выполнен (фиг. 4) в виде пневмоцилиндра 42 с поршнем 43, имеющим двусторонний полый шток 44, соединенный жестко и соосно со штуцером 33. Для возврата поршня 43 со штоком 44 в исходное положение служит пружина 45, расположенная в пневмоцилиндре 42.

Автоматизированный стенд для испытаний изделий на герметичность работает следующим образом (фиг. 1, 2 и 3). Перед началом работы по периметру поворотного стола 1 закрепляются с одинаковым шагом требуемое для обеспечения заданной производительности количество оснований 5 с испытательными блоками 4 и на этот шаг настраивается привод 2 шагового перемещения. В контрольном блоке 3 с помощью регулируемого дросселя 29 производится настройка давления в камере A элемента 22 сравнения, соответствующего допустимой величине утечки. На позиции загрузки трубка 17 элемента герметизации 6 находится в верхнем положении и эластичная втулка 15 позволяет установить на нее испытуемое изделие 15. При повороте стола 1 происходит опускание трубки 17 под действием пружины 18, так как ролик 19 сойдет с копира 20. При опускании трубки 17 втулка 16 сжимается и увеличивается в диаметре, плотно прилегая к внутренней поверхности испытуемого изделия 15. Сжатый газ стабилизированного давления из коллектора 13 по трубопроводам 14 через входной дроссель 12 подается в трубку 17 всех испытательных блоков 4. При этом клапан отсечки 7 находится в нормально закрытом состоянии и отсекает канал 10 фланца 9 от полости трубки 17, поэтому утечка газа возможна только через испытуемое изделие 15. Сжатый газ от источника стабилизированного давления по трубопроводам 14 и каналам 37 в плате 21 через постоянный дроссель 28 поступает в дроссельный делитель 27 и далее в камеру А. Одновременно он поступает через нормально открытый вход 24 пневмораспределителя 23 в камеру Б элемента 22 сравнения. Давление в испытательном блоке 4 поддерживается непрерывно, пока испытуемое изделие 15 перемещается от позиции загрузки до контрольной позиции. Время поворота стола 1 на этом участке устанавливается равным времени, заданному техническими условиями на испытание изделия 15. На контрольной позиции во время остановки стола 1 произойдет срабатывание привода 35 линейного перемещения штуцера 33, который прижмется к уплотнению 11 фланца 9. При этом произойдет замыкание и герметичное уплотнение пневморазъема 38, и толкатель 36 нажмет на элемент 8 управления клапаном отсечки 7, который откроется. Через соосно расположенные канал 10 фланца и канал 34 штуцера 33 пройдет пневматический сигнал от испытательного блока 4 в контрольный блок 3. Этот сигнал в виде давления газа поступит на нормально закрытый вход 25 и на управляющий вход 26 пневмораспределителя 23, переключит его и после этого поступит в камеру Б элемента 22 сравнения, которая при переключении пневмораспределителя 23 будет отсоединена от дроссельного делителя 27. Произойдет выравнивание давления газа в камере Б и испытуемом изделии 15, а затем сравнение давлений в камерах А и Б. Если испытуемое изделие 15 не имеет утечки или величина утечки меньше допустимой, то давление в камере Б будет больше, чем давление в камере А, или равно ему и на выходе элемента 22 сравнения установится нулевой сигнал. Если во время испытания сжатым газом появится утечка, превышающая допустимую величину, то давление в испытательном блоке 4, т.е. между входным дросселем 12 и клапаном отсечки 7, станет меньше допустимого. Следовательно, давление в камере Б после подключения испытательного блока 4 и выравнивания давления станет меньше, чем в камере А. На выходе элемента 22 сравнения появится сигнал, который поступит на бракующее устройство 30. Загорится сигнальная лампа 31 и поступит электрический сигнал с пневмоэлектропреобразователя 32, что свидетельствует о браке испытуемого изделия 15. По завершению контроля привод отводится и размыкает пневморазъем 38. При этом произойдет закрытие клапана отсечки 7, переключение пневмораспределителя 23 в исходное состояние. Таким образом контрольный блок 3 будет подготовлен к подключению к следующему испытательному блоку 4 и контролю установленного в нем изделия 15. При подходе к позиции выгрузки ролик 19 по копиру 20 переместится вверх, сжимая пружину 18 и поднимая трубку 17. Эластичная втулка 16 возвратится в исходное состояние и позволит беспрепятственно удалить изделие в тару годной, т.е. герметичной, или бракованной, т.е. негерметичной, продукции в зависимости от результата контроля.

Перемещение и прижатие штуцера 33 к фланцу 9 можно производить с помощью пневмоцилиндра 42, в котором полость штока 44 является продолжением канала 34 штуцера 33, что упрощает конструкцию устройства (фиг. 4). При подаче пневматического давления в соответствующую полость пневмоцилиндра 42 поршень 43 со штоком 44 переместится и замкнет пневморазъем 38. После снятия этого давления пружина 45 вернет поршень 43 со штоком 44 в исходное положение и разомкнет пневморазъем 38.

Отсечка фланца 9 от полости трубки 17 может быть осуществлена запорным элементом 39. Толкатель 36 входит в канал 10 фланца 9, преодолевает усилие пружины 40 и отжимает запорный элемент 39, открывая тем самым проход пневматическому сигналу из трубки 17 через канал 10 фланца 9 в канал 34 штуцера 33 и далее в контрольный блок 3. Усилие прижатия запорного элемента 39 к седлу канала 10 для обеспечения герметичности соединения устанавливается посредством пружины 40 и резьбовой втулки 41. После отвода штуцера 33 с толкателем 36 запорный элемент 39 возвратится в исходное положение и осуществит отсечку канала 10 фланца 9 от остальных полостей испытательного блока 4.

Использование предлагаемого автоматизированного стенда по сравнению с существующими позволяет существенно упростить его конструкцию и повысить надежность за счет разделения длительного по времени процесса испытания изделия сжатым газом и кратковременного контроля наличия утечки газа, который осуществляется после нахождения изделия под давлением испытательного газа требуемое время. Это позволяет использовать только один контрольный блок для обслуживания набора испытательных блоков. Причем контрольный блок расположен вне вращающегося ротора. При этом значительно уменьшается количество пневмо- и электропроводки, в том числе подводимой на вращающийся ротор. Существенно упрощается настройка перед началом работы автоматизированного стенда, т.к. надо настраивать только один контрольный блок. Дополнительно последнее повышает надежность контроля, т.к. параметрические условия определения утечки становятся одинаковыми для всех испытуемых изделий. Взаимозаменяемость испытательных блоков и единый контрольный блок обеспечивают более легкий и простой переход на испытание других изделий. Кроме того, это позволяет осуществлять ремонт простой заменой испытательного блока, что дополнительно повышает надежность.

Предлагаемая конструкция предусматривает автоматизацию всех технологических и вспомогательных операций, осуществляемых на стенде.

Формула изобретения

1. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность, содержащий контрольный блок, состоящий из бракующего устройства, элемента сравнения, выполненного в виде четырехкамерного мембранного блока, одна из его средних камер соединена с дроссельным делителем, выполненным в виде последовательно соединенных постоянного дросселя, подключенного к источнику сжатого газа, и регулируемого дросселя, связанного с атмосферой, ротор с приводом его шагового перемещения, на котором расположены элементы герметизации изделий, каждый из которых через входной дроссель подключен к коллектору, соединенному с источником сжатого газа, отличающийся тем, что он содержит набор испытательных блоков, установленных на роторе по его периметру с одинаковым шагом, каждый из которых образован последовательным подсоединением к элементу герметизации клапана отсечки и фланца, имеющего осевой канал и уплотнение, закрепленное со стороны его открытого торца, контрольный блок содержит пневмораспределитель, штуцер с осевым каналом и смонтирован с возможностью периодического подключения к каждому испытательному блоку, канал штуцера подсоединен к нормально закрытому и управляющему входам пневмораспределителя, нормально открытый вход которого подключен к дроссельному делителю, а его выход - ко второй средней камере мембранного блока, при этом штуцер образует с соосно расположенным фланцем каждого испытательного блока пневморазъем, снабженный приводом линейного перемещения штуцера, который синхронизирован с приводом шагового перемещения ротора, и толкателем, смонтированным с возможностью взаимодействия с управляющим элементом клапана отсечки после подключения контрольного блока к испытательному блоку.

2. Автоматизированный стенд по п.1, отличающийся тем, что клапан отсечки выполнен в виде подпружиненного запорного элемента, расположенного в канале фланца, который подключен к элементу герметизации, толкатель смонтирован на штуцере соосно каналу фланца с возможностью взаимодействия с запорным элементом после подключения контрольного блока к испытательному блоку.

3. Автоматизированный стенд по п.1 или 2, отличающийся тем, что привод линейного перемещения штуцера выполнен в виде пневмоцилиндра с двухсторонним полым штоком, соединенным соосно со штуцером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4