新型金属管件水检法检测装置的设计

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Design of New Detection Device for M etal Pipe Based on W ater Test M ethodWEI Wei(Xian University of Arts and Science，Xian Shaanxi 710065，China)Abstract：In order to ensure the quality of metal pipe，air-leakage test is needed. Through analysis and calculation for the maincomponents，a new detection device testing air-leakage of metal pipe with water test method was designed.This device has advantagesof accurate，reliable，simple operation，less equipment investment，easy maintenance， easy to install， using modular fixture anddetecting pipes with diferent diameters.Comparing traditional water test method，the detection efficiency is improved，and praeticali-ty is good。

Keywords：Air-leakage test；Pipe；Leakage；Water test method气密性检测也称泄漏检测，主要用于测试被测件的气密性状态。作为密封性产品的-个重要性能指标，气密性是影响密封性产品质量的关键因素。随着电子技术、传感器技术的发展，差压法、氦气测试法、红外成像等气密性检测方法被越来越多地使用到密封装置气密性检测中。然而从技术门槛和成本上考虑，水检法仍然被国内外广泛使用。但传统水检法检测费时费力，操作繁琐。文中设计的检测装置能够很好地解决这些问题，提高检测效率。

1 水检法检测方案该检测装置主要由气动控制系统、水箱、管件装夹部件以及被测管件组成，其结构原理图如图 1所示图1 水检法检测结构原理图将被测管件放人工作台，关闭阀 1、2，打开阀3，向气缸2充入高压气体推动挡板夹紧管件；关闭阀2、3，打开阀1，向气缸 1充入高压气体推动水箱上升，直至管件完全浸入水中；关闭阀 1、3，打开阀2，向管件内充人高压气体，观察水中有无气泡产生，从而判定管件是否合格。

2 装置主要部件的设计2.1 被测管件参数管件常用通径从4～1 420 mm不等，该装置适用于公称通径为20～150 mm的管件。由于管件气密性主要受生产方式影响，长度影响不大，因而采用该装置对300～1 500 mm长度范围管件进行检测。通痴气压缩机输出压力为0.7～1.25 MPa，选0.75 MPa压力对管件充气，考虑传输损耗，压缩机输出压力应大于 0.75 MPa。取 P 0.75 MPa，管件最大压力F p 。S 13.24 kN。

2.2 气动 系统设计(1)气动回路系统结构根据工作机构运动要求和结构要求，设计出气动回路系统的结构原理图，如图2所示。

(2)系统动作过程① 压缩空气。电动机驱动压缩机工作，将大气压力状态的空气进行压缩。

收稿日期：2011-11-23作者简介：韦炜 (1981-)，男，硕士研究生，讲师，研究方向为机械工程测试。E-mail：weiview###126.eom。

第2期 韦炜：新型金属管件水检法检测装置的设计 ·49·1 2 3 4 5 6 7 8 9 10l-交流电动机 2-压力开关 3-空气压缩机 4-单向阀5、l6-安全阀 6、17-压力表 7-截止阀 8-冷却器9-空气过滤器 1O-气罐 l1、19-两位五通阀 l2、l5-气缸l3-水箱 14-被测管件 l8-二位三通阀图2 气动系统结构原理图② 装夹被测管件。转动两位五通阀19，使进气腔P与工作腔 B相通，工作腔 A通过 c腔排气。此时气缸 15前进，压紧被测管件。

③ 水箱上升。转动两位五通阀 11，使进气腔 P与工作腔 B相通，工作腔 A通过 c腔排气。此时气缸12前进，推动水箱上升，将管件完全浸入水中。

④ 给被测管件内通人压缩空气。待水面平稳，转动二位四通换向阀18，使进气腔P与工作腔B相通，此时给被测管件通入压缩空气，观察是否有气泡产生。

⑤ 水箱返回到最低位置。转动两位五通阀 11，使进气腔P与工作腔 A相通，工作腔 B通过 D腔排气。此时气缸 l2返回，推动水箱下降。

⑥ 被测管件内压缩空气排出。转动二位四通阀18，使其工作腔 B通过c腔排气，排出压缩空气。

⑦ 取下被测管件。转动两位五通阀19，使进气腔P与工作腔 A相通，工作腔 B通过 D腔排气，气缸 l5返回，松开被测管件。

2.3 气缸的设计(1)上部气缸的设计① 活塞杆上输出力和缸径的计算考虑设计要求及运动要求，选择普通气缸，采用轴向支座式安装。计人载荷率后，根据活塞杆基本工作原理可知：F 册 式中：F 为活塞杆的推力 (kN)，D为活塞直径(mm)，P为气缸工作压力 (MPa)，叼为载荷率。

该装置气缸动态参数要求-般且工作频率低，基本上是匀速运动，故取 0.8，管件最大压力F 13.24 kN，气缸对管件起夹紧作用，故需：F1≥F由此可得 ：(2)D≥. /-二 竺153 mm (3) V盯 P r/取 D160 mm 。

活塞杆直径 d可按 d/D0.2-0.3计算，取d/D0.25，则d0.25D40 mm，故阮塞杆直径d40 mm[。

② 活塞杆强度校核按强度条件：d>/二 ：6.3 n'lm，按纵向弯曲、/，rro'p极限力：Fk615.4 kN>F，，均满足条件。

③ 缸筒壁厚通常，壁厚与内径之比8/D≤1/10，所以通成按薄壁筒公式计算。当选用 Qz35A钢管时，61.5mm；当选用45钢时， 0.9 nlin。但考虑到机械加工，取壁厚68 mm ，缸径D160 toni ，材料为45、Q235A号的无缝管，则气缸外径：D。D26176 mm。

④ 活塞行程通常活塞行程 为 (0.5～5)D，这里取L1.25D200 mm。

⑤空气消耗量QD ×10～30.144 L/rain (4)式中：P为操作压力，取P7.5 MPa。

① 气缸所承受负载和缸径的计算下部气缸是用来推动水箱上升，其承受负载：FGG G2 (5)式中：G 为水箱的重力，G：为水的重力。

根据被测管件的最大尺寸，试选水箱尺寸为：1 600 mm x 320 into x 400 mil，壁厚 or5 mm。水箱所用材料为 Q235，其密度p7.8 g/cm 。水箱体积：V9 194.5 em ，故 G 703 N，水箱盛水体积： 1.792×10 Hun ，得水的重力：G 1 756 N，故 F2.459 kN。

气缸推动水箱上升，故推力应大于其负载，即Fl≥F，将 F12.459 kN、r/0.8、P0.75 MPa代入式 (3)得D72.3 mm，取D80 mm ]。活塞杆内径通成取 d/D0.2～0.3，取d/D0.3，则 d0.3D24 mm，取 d：25 mm 。

② 活塞杆强度校核按强度条件：d>2.7 nlnl，按纵向弯曲极限力：F 164.57 kN>Fl，满足条件。

· 50· 机床与液压 第 4l卷③ 缸筒壁厚当 D80 mm，材料为 45钢，则气缸的外径D。92 mm。

④ 活塞行程额定排气压力P1 MPa。由空气压缩机技术规格查取壁厚 6 mm口 ， 得 ，选用空压机型号为：V-0.1/10。

3 结束语L3. 75D 300 mm⑤ 空气消耗量Q12.058 L/min综上，选气缸QGA I80×300 MF 。

2.4 方向控制阀的选取(1)选择控制元件选择气控气阀控制。选定气缸供气口接管螺纹为M22×1.5，初选阀体管道通径为 15 mm ，控制阀的型号口 有两位三通脚踏阀Q23R7A、两位五通换向阀QSR5，快拧式直通式终端管接头JSM-ZIO。

(2)压力损失计算为使执行元件正常工作，气流总压力损失必须满足下式：∑△p砬≤[∑△p] (6)式中：∑Ap以 为气动元、辅件的总压力损失，为压力损失简化修正系数。∑△P以为0.075 MPa，取K 1.1，则 ∑△p以0.082 5<0.1 MPa，满足条件。故选定管道直径为15 mm。

2.5 空气压缩机的选取根据计算压缩机供气量和供气压力，选择压力范围广、效率高、适应性强的两级往复式活塞压缩机，与传统水检法相比，该检测装置具有准确可靠、操作简单方便、设备投资费用少、维护方便、管件的安装简单方便、采用组合夹具进行装夹、可以完成不同管径的管件检测等特点。在此基础上，若能利用现代控制手段 (例如：PIE)对气动阀体进行控制，将使该装置由手动控制变为自动控制，进-步提高检测效率。