СТЕНД ПРОВЕРКИ ИЗДЕЛИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ
STAND FOR PRODUCT LEAK TIGHTNESS TESTING

Изобретение относится к контрольно-испытательной технике и может быть использовано для контроля герметичности изделий в серийном и массовом производстве, например, электромагнитных клапанов, газовой арматуры.
Известен стенд для испытания изделий на герметичность (Авт. свид. СССР №1670445, МПК G01M 3/02,опубл. 15.08.1991), 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.
Недостатком указанного стенда является значительная сложность конструкции из-за большого количества одновременно задействованных и установленных на вращающемся роторе контрольных блоков, что снижает удобство настройки и обслуживания, а технологические возможности стенда ограничены как по типу испытуемых изделий, так и по величине испытательного давления, кроме того, понижается надежность стенда.
Известен автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность (патент РФ №2141634, МПК G01M 3/02, опубл. 20.11.1999), 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. 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.
Однако ротор с приводом его шагового перемещения, на котором расположены элементы герметизации изделий, представляет собой технически сложное и дорогое изделие с шаговым электроприводом, требующим отдельного управления, настройки и подвода электропитания.
Известен автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность (патент РФ №2194259, МПК G01M 3/02, опубл. 10.12.2002). Стенд содержит ротор, на котором установлен набор испытательных блоков, каждый из которых содержит фланец с осевым каналом, а также с уплотнением на торце, и подключен к коллектору, соединенному с источником сжатого газа, контрольный блок, состоящий из бракующего устройства, связанного с элементом сравнения, который выполнен в виде четырехкамерного мембранного блока, одна из его средних камер соединена с дроссельным делителем, который состоит из соединенных между собой постоянного дросселя, подключенного к источнику сжатого газа, и регулируемого дросселя, связанного с атмосферой, пневмораспределителя, нормально открытый вход которого подсоединен к дроссельному делителю, а его выход - ко второй средней камере мембранного блока, штуцера с осевым каналом, который образует с каждым фланцем пневморазъем, снабженный приводом линейного перемещения штуцера. Он снабжен набором пневмовыключателей, каждый из которых смонтирован на роторе и подключен между одним из испытательных блоков и коллектором с возможностью воздействия испытуемого изделия на его управляющий элемент, а также регулируемой контрольной течью, смонтированной с возможностью подключения в режиме настройки к контрольному блоку, который содержит реле давления, соединенное с источником сжатого газа, два распределительных клапана и дополнительный элемент сравнения, выполненный в виде двухсильфонного блока, который связан с дополнительным бракующим устройством и снабжен измерительным устройством в виде шкалы со стрелкой, один из его сильфонов соединен с дополнительным дроссельным делителем, состоящим из постоянного дросселя, подключенного к источнику сжатого газа, и дополнительного регулируемого дросселя, связанного с атмосферой, соединенных через первый распределительный клапан с выключенным управляющим элементом, соединенным с размыкающими электрическими контактами реле давления, а второй сильфон через второй распределительный клапан с включенным управляющим элементом, соединенным с замыкающими электрическими контактами реле давления, связан с выходом пневмораспределителя, нормально открытый вход которого через первый запорный вентиль подключен к каждому дроссельному делителю, через второй запорный вентиль - к контрольной течи, причем в дроссельном делителе, с которым соединена одна из средних камер мембранного блока, постоянный дроссель и регулируемый дроссель соединены между собой через первый распределительный клапан с включенным управляющим элементом, вторая средняя камера мембранного блока подключена к выходу пневмораспределителя через второй распределительный клапан с выключенным управляющим элементом, при этом штуцер снабжен датчиком положения, выполненным в виде сопла с возможностью его перекрытия уплотнением на торце фланца после замыкания пневморазъема, причем оно пневматически связано с управляющим входом пневмораспределителя и источником сжатого газа, подача которого в сопло синхронизирована с работой привода линейного перемещения штуцера.
Однако мембрана, представляющая собой упругую стенку либо подвижный поршень, вносит в процесс измерения/контроля паразитные составляющие, такие как собственная упругость либо трение скольжения уплотнительных элементов, что в совокупности способно компенсировать микро течи испытуемого изделия, что недопустимо для контроля изделий, предназначенных для взрывоопасных сред.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение заключается в создании стенда, позволяющего проверять изделия на герметичность.
Техническим результатом является увеличение эффективности технологической операции по проверке газовой арматуры на герметичность за счет исключения влияния негативных (паразитных) физических явлений, таких как растяжение/сжатие упругих элементов пневматической системы, искажающих измерения или компенсирующих падение/увеличение давления в замкнутой пневмосистеме.
Технический результат достигается тем, что в стенде проверки изделий на герметичность, включающем блок установки испытуемых изделий, размещенный на опоре, и блок индикации и управления, подключенный к источнику питания, согласно решению, блок установки испытуемых изделий и блок индикации и управления подключены к одной пневмомагистрали, блок установки испытуемых изделий выполнен в виде, по крайней мере, двух пневмозажимов, а блок индикации и управления содержит тензорезистивные прецизионные преобразователи давления, плату микроконтроллера, запрограммированную с возможностью обработки сигналов с преобразователей и вывода информации на панель блока индикации, схему управления пневмоцилиндрами и клапанами пневмомагистрали.
Блок индикации и управления выполнен с возможностью быть запрограммированным на четыре различных режима проверки.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 заявляемое устройство (в изометрии), на фиг. 2 - показана пневматическая схема стенда, на фиг. 3 - блок пневмозажимов (вид сверху и сбоку), на фиг. 4 - функциональная блок схема блока индикации и управления, на фиг. 5 блок индикации и управления (вид спереди).
Позициями на чертежах обозначено:
1 - стол;
2 - блок установки испытуемых изделий;
3 - блок индикации и управления;
4 - опорная тумба;
5, 6 плиты;
7 - стойка;
8 - пневмоцилиндр;
9 - трубки;
10 - пневмораспределитель;
11 упоры;
12 - подпятники;
13 - педаль.
ВН1 - входной кран подачи воздуха;
ВН2 - кран контура пневмоцилиндров;
ВН3 кран контура проверки клапанов;
ДЦ1…ДЦ3 датчик давления 0-1 МПа;
ДЦ4…ДЦ6 датчик давления 0-0,01 МПа;
ИК1, ИК2 - испытуемые клапаны;
К1…К8 клапан электромагнитный с пружинным возвратом нормально закрытый;
МН1, МН2 - манометры;
ПР1-пневмораспределитель с электромагнитным приводом;
Р1 - вход воздуха;
РД1... РД4 -регулятор давления;
Ц1, Ц2 - пневмоцилиндр двустороннего действия с демпфированием.
Стенд проверки на герметичность содержит стол 1 с блоком пневмозажимов 2. На стол установлен блок индикации и управления 3, подключенный к источнику питания (фиг. 1).
Блок установки испытуемых изделий (блок пневмозажимов) 2 имеет каркас образованный опорной тумбой 4, плитами 5, 6 и стойками 7 с расположенными на плите 6 двумя пневмоцилиндрами 8, питающими их трубками 9 и пневмораспределителем ПР110, установленными на штоках пневмоцилиндров упорами 11 и установленными на плите 5 пятками (подпятниками) 12 (фиг. 3). Стенд имеет педаль 13 для управления блоком пневмозажимов 2. Педаль 13 связана с блоком индикации и управления 3 и при последовательном нажатии на нее происходит сжатие и разжатие пневмозажимов.
Блок индикации и управления 3 является частью изделия и включает в себя разработанную заявителем схему обработки сигналов от тензорезистивных прецизионных преобразователей давления (тензопреобразователи / датчики давления ДД1…ДД6), плату микроконтроллера с 110 для обработки и вывода информации на панель индикации, схему управления пневмоцилиндрами и клапанами для управления клапанами К1…К8 и пневмораспределителем ПР1, схему управления клапанами для управления испытуемыми изделиями ИК1, ИК2 (фиг. 4-5).
Блок индикации и управления 3 возможно запрограммировать на четыре различных режима проверки (отличающихся давлением и подаваемым управляемым сигналом на испытуемое изделие).
Панель индикации это лампы, панель управления это кнопки на панели включения пуск/стоп, аварийное отключение - это кнопки, а сеть - это индикатор наличия питающего напряжения 220 В.
Для описания пневматической части используется пневматическая схема (фиг. 2). При проведении проверки на герметичность вход стенда «Р1» подключают к источнику сжатого воздуха (не изображен на схеме). Воздух через вентиль «ВН1» попадает на редуктор «РД1», которым устанавливается входное давление для редукторов «РД2», «РД3» и «РД4». Через вентиль «ВН2» редуктором «РД4» регулируется давление воздуха, управляющее через распределитель «ПР1» пневмоцилиндрами «Ц1» и «Ц2» (которые установлены на блоке пневмозажимов 2). Через вентиль «ВИЗ» записывается контур проверки, имеющий две независимые линии высокого и низкого давления, задаваемыми редукторами «РД2» - низкое и «РД3» - высокое давление, эти давления регистрируется входными тензопреобразователями давления «ДД4» и «ДД1», преобразуются в электрический сигнал, который через схему обработки сигналов датчиков поступает в плату контроллера. После входных тензопреобразователей установлены электромагнитные нормально закрытые клапаны «К5», «К6», «К7», «К8», следом установлены контрольные тензопреобразователи давления «ДД2» и «ДД3» (низкого давления), «ДД5» и «ДД6» (высокого давления), которые служат для контроля герметичности на испытуемых изделиях «ИК1» и «ИК2», после которых на выходах пневматической схемы установлены соответственно выходные сбросные электромагнитные нормально закрытые клапаны «К7» и «К8». Клапаны «К2» и «К4» используются для отсечения давления от ветки высокого давления в ветке низкого давления, чтобы предотвратить выход из строя тензопреобразователей давления «ДД2» и «ДД3» (низкого давления).
В заявляемом стенде используются два пневмозажима, которые приводимы в движение с помощью пневмоцилиндров, запитанных от той же пневмомагистрали, что и измерительная/контрольная линия и обладают простой конструкцией и не требуют обслуживания весь заявленный срок эксплуатации (более 1000000 циклов).
В стенде использованы тензорезистивные прецизионные преобразователи давления (датчики), которые работают не на относительном измерении/сравнении, а измеряют абсолютную величину изменения давления на испытуемом изделии.
Порядок работы.
В начальный момент открыты вентили «ВН1», «ВН2», «ВН3» пневмоцилиндры 8 на блоке пневмоцилиндров 2 находятся во втянутом состоянии. Клапаны «К1»…«К8» закрыты. Соосно штокам пневмоцилиндров, упираясь в подпятники 12, устанавливают испытуемые изделия «ИК1» и «ИК2». Нажатием на педаль 13 выдвигаются штоки пневмоцилиндров 8 и через упоры 11 зажимают испытуемые изделия «ИК1» и «ИК2».
Далее нажатием кнопок «Давление 1» либо «Давление 2» на блоке индикации и управления 3 происходит выбор высокой или низкой ветки испытания клапанов. Нажатием кнопок «ИСПЫТАНИЕ №1» либо «ИСПЫТАНИЕ №2» либо «ИСПЫТАНИЕ №3» либо «ИСПЫТАНИЕ №4» осуществляется выбор заданного режима проверки (запрограммированного в памяти микроконтроллера блока индикации и управления 3).
Проверка начинается после нажатия кнопки «КОНТРОЛЬ» открываются попарно соответственно либо клапаны «К1» и «К3» либо клапаны «К5» и «К6», одновременно с клапанами «К1» и «К3» открываются клапаны «К2» и «К4». Сжатый воздух заполняет испытуемые изделия «ИК1» и «ИК2», клапаны «К7» и «К8» закрыты, закрываются клапаны «К1» и «К3», либо «К5» и «Кб». Тензопреобразователи давления «ДД2» и «ДД3» либо «ДД5» и «ДД6» контролируют наличие или отсутствие изменения давления в образованном замкнутом объеме, частью которого являются испытуемые изделия «ИК1» и «ИК2». По окончании проверки открываются сбросные клапаны «К7» и «К8», из образованного объема сбрасывается избыточное давление, на панели индикации блока индикации и управления загорается индикатор «НОРМА» или «ОТКЛОНЕНИЕ», при отклонении на ЖКИ указывается номер испытуемого изделия с отклонением. Нажатием на педаль 13 штоки пневмоцилиндров 8 втягиваются и испытуемые изделия «ИК1» и «ИК2» освобождаются из пневмозажимов на блоке пневмозажимов 2. Кнопка «ОТМЕНА» служит для прерывания работы стенда без отключения питания, а кнопка АВАРИЙНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ служит для прерывания работы стенда с отключением питания. Индикаторы «ОБРЫВ КЛАПАНА» включаются в случае наличия обрыва в электромагнитной системе испытуемых изделий.
При отсутствии падения давления в открытом состоянии в течение 30 с включится индикатор «НОРМА» клапан считается герметичным.
При отрицательных результатах включится индикатор «ОТКЛОНЕНИЕ» красного цвета. На ЖКИ появится информация о том, какая линия не герметична.
На начальном этапе проверки в результате переходных процессов давление может немного снизиться. Для исключения искажения результатов проверки в течение первых 5 с контроль давления не ведется.
Управление стендом осуществляется с помощью кнопок блока управления и индикации 3 и педалью 13.
Повышение эффективности происходит:
- за счет возможности одновременного испытания двух образцов изделий;
- за счет скорости работы пневмозажимов с пневмоцилиндрами, время смены позиции с разжатого в зажатое состояние менее 2-х секунд.
- за счет чувствительности измерительной системы, построенной на тензорезистивных прецизионных преобразователях давления, снижается время испытания изделий в 10 раз, с 10 минут до 1 минуты.
- за счет полного исключения человека из принятия решения о результате испытания.
По данным, поступающим от тензорезистивных прецизионных преобразователей давления, блок ввода и управления сигнализирует сигнальными лампами зеленого (успешное испытание) или красного (не успешного испытания) цвета, на монохромный дисплей выводится информация, в каком измерительном канале есть течь, если она есть.
Заявляемый стенд способен автоматически производить двухэтапную проверку электромагнитных клапанов, а именно проверку на герметичность в открытом состоянии клапана, затем самостоятельно подать на него управляющий импульс, тем самым закрыть испытуемый клапан и проверить на герметичность его затвор.
Также стенд проверяет целостность электромагнитной системы испытуемых клапанов, иными словами замкнутость электрической цепи управляющего клапаном электромагнита, через схему управления клапанами.
Технический результат достигается тем, что:
- Контроль герметичности происходит не посредством сравнения, а посредством отслеживания высокоточным тензорезистивным преобразователем давления абсолютного, а не относительного падения избыточного давления на испытуемом изделии.
- Используется сжатый воздух в качестве источника энергии для механизма фиксации испытуемых изделий на стенде (см. фигуры 1-3).
Возможностью одновременной установки и проверки 2-х испытуемых изделий в блок пневмоцилиндров.
Питание линии избыточного давления для испытания на герметичность и управление блоком пневмоцилиндров возможно осуществлять от одной общей пневмолинии.
Предлагаемое решение имеет упрощенную конструкцию механизма фиксации испытуемого изделия на стенде.