水槽洗碗机底部渗漏自动检测装置设计

水槽洗碗机底部渗漏自动检测装置设计
陈赞;亓新;汪翔
【摘要】本文利用气压增压原理,研发了一种水槽洗碗机底部渗漏自动检测装置.该装置可以实现对水槽洗碗机底部渗漏的在线检测,具有检测精度高、结果可靠、结构简单、操作方便等一系列优点.在生产应用中产生了很高的经济效益.
【期刊名称】《家电科技》
【年(卷),期】2018(000)011
【总页数】4页(P67-69,85)
【关键词】水槽洗碗机;底部渗漏;自动检测装置;气压增压
【作者】陈赞;亓新;汪翔
【作者单位】宁波方大厨具有限公司浙江宁波 315326;中国家用电器研究院北京100178;宁波方大厨具有限公司浙江宁波 315326
【正文语种】中文
1 引言
水槽洗碗机底部是否渗漏是其重要技术指标，也是判定其能否出厂的重要标准，需要对其进行精确检测和控制。

近年来人们对检漏技术以及相关装置进行了大量研究工作[1～6]，目前生产企业常采用的检漏工艺方法为直接给水槽洗碗机槽体加注纯水，纯水高度达到溢流口位置后静止一段时间，然后观察底部是否渗漏。

此方法由于加注纯水后压力不足（实际水面高度20cm），容易发生漏判；同时每次检测需
加注大量纯水，静止1min后进行观察，节拍长且纯水浪费大。

本文利用气压增压原理，研发了一种水槽洗碗机底部渗漏检测装置，该装置能解决因水压不足而造成漏判的问题，检测时所需纯水较少，操作简单，检测结果可靠。

2 技术基础
如公式（1）所示，单位高度水压产生的压强为：
其中，ρ水=1.0×1000kg/m3，g=9.8N/kg，h=水的深度（m），以10cm高度水产生的压力为例：
由计算公式（2）可知10cm高度水产生的压力实际为0.001MPa，而普通工厂气源压力一般为0.5MPa，该压力值可相当于5m高度水产生的压力。

本文正是利用该原理来设计水槽洗碗机底部渗漏检测装置。

3 整体方案设计
3.1 总体要求
要求检测装置对水槽洗碗机底部是否渗漏进行检测，具有判断准确、节拍时间短等特点。

整机坚固结实，外形美观大方，结构设计合理，操作简单，防护装置齐全可靠。

3.2 总体方案概述
本检测装置首先在洗碗机槽体注入少量纯水，利用充气密封圈密封住槽体，使槽体形成一个密封腔，然后向密封腔内通入一定压力的气体，通过控制系统保持压力恒定，最后观察水槽洗碗机槽体底部是否漏水。

如图1所示，本文设计的水槽洗碗机底部渗漏检测装置主要包括1机架、2提升机构、3密封加压机构、4气路系统、5控制系统等五大部分。

其中，机架用来支撑提升机构、密封加压机构、气路系统及控制系统等；提升机构
是将密封加压机构移动到水槽洗碗机槽体内部，待检测完毕后，将密封加压机构移走，完成一个检测循环；气路系统实现对密封腔体的充气加压以及充气密封胶圈的充气，同时通过控制系统的控制保证腔体的压力恒定；控制系统用来保证检测装置各个机构之间的协调运动，以实现自动检测功能。

由于本检测装置的机架要承受提升机构频繁上下移动冲击，考虑到整机结构使用要求、受力状态和制造成本，该装置的机架采用50方钢管加优质碳素结构钢焊接为一体，然后经过适当机加工而成。

图1 检测装置总体方案图
图2 提升机构示意图
图3 密封加压机构示意图
4 机械结构设计
4.1 提升机构设计
提升机构的结构如图2所示，主要包括：1直线导轨、2伺服电机、3滚珠螺杆、4提升框架、5支座等。

提升框架左右两侧固定在直线导轨的滑座上，中间位置与滚珠螺杆的螺母套连接，伺服电机得电状态下带动滚珠螺杆旋转，从而使提升框架沿直线导轨做上下移动。

4.2 密封加压机构设计
如图3所示，密封加压机构主要包括：1密封固定板、2充气密封胶圈、3数字式压力开关等，4为水槽洗碗机槽体。

密封固定板主要用来固定充气密封胶圈，充气密封胶圈在充气状态可将密封固定板与水槽洗碗机槽体之间的缝隙填充起来形成一个密封腔体。

数字式压力开关可显示腔体内部压力值，同时可设定该目标压力值的上下极限值，如腔体内部压力值超出极限值，则此数字式压力开关会反馈至控制系统。

5 气路系统和控制系统设计
5.1 气路系统设计
本装置利用气压增压原理进行检测，气路系统如图4所示，主要结构包括：气源、气源处理装置、气管气路、气压原件，支撑支架，其中气路原件主要有气源控制阀、电气比例阀、数字式压力开关等。

气路分两路，一路气从气源处理装置出来后经气源控制阀1，然后经过电气比例阀1调定压力后送入洗碗机槽体密封腔，数字式压力开关1检测压力后输出信号到控制系统，控制系统根据数字式压力开关1的检
测值控制电气比例阀1的阀门开合大小，从而保持水槽洗碗机槽体密封腔腔内压
力稳定；另一路气从气源处理装置出来后经气源控制阀2，然后经过电气比例阀2调定压力后分两路，一路送入充气密封胶圈，另一路用于数字式压力开关2检测
压力值，此压力值同样输出信号到控制系统，控制系统根据数字式压力开关2的
检测值控制电气比例阀2的阀门开合大小，从而保持洗碗机槽体充气密封圈内部
压力稳定。

5.2 控制系统设计
控制系统主要控制元件为可编程逻辑控制器PLC。

控制程序流程图如图5所示。

系统得电初始化完成后，程序进入工作状态，首先需设定洗碗机槽体密封腔腔体和充气胶圈目标气压值。

气路系统分别对两路气路充气工作后，PLC获取数字式压
力开关1和数字式压力开关2反馈值并分别进行比对，同时进行PID算法计算，
根据计算结果反馈调定电气比例阀1 和电气比例阀2的阀门开合大小进行保压工作，保压观察15s之后系统泄压。

本文中采用的PID控制系统如图6所示，以洗碗机槽体密封腔内部压力控制为例，通过前期设定的槽体密封腔内部气压的目标值（SV），PID模块实时计算系统的
设定目标值（SV）与数字式压力开关的反馈值(PV)的偏差大小，执行PID运算，
得出输出值（MV），调节输出电压来控制电气比例阀的阀门开合大小以及进气量，以达到稳定槽体密封腔内部气压的目的。

PID模块根据速度型测定值微分型运算公式执行PID运算，执行动作的运算公式
如下：
其中，EVn为本次采样时的偏差，EVn-1为1个周期前的偏差，Dn为本次的微分项，Dn-1为1个周期前的微分项，SV为目标值，KP为比例增益，PVnf为本次
采样时的测定值(滤波后)，PVnf-1为1个周期前的测定值(滤波后)，PVnf-2为2
个周期前的测定值(滤波后)，ΔMV为输出变化量，KD为微分增益，MVn为本次
的操作量，TS为采样周期，TI为积分常数，TD为微分常数。

6 应用实例
该装置已经在某手动水槽洗碗机生产线得到应用，对水槽洗碗机底部是否渗漏进行检测，图7为检测装置实物外形照片，外形尺寸为：800mm(宽)×1230mm（深）×3020mm（高）。

整套设备可移动，气路组件及电控柜在台车后方，操作人员在设备正面操作设备并将密封板导正。

操作一侧设上升按钮、下降按钮、充气按钮和急停按钮。

实际操作过程中，充气密封圈的充气压力设定为0.12MPa，槽体密封
腔腔内充气压力设定为0.003MPa，相当于30cm高度的水压。

经过生产一线的
实际应用证明，该装置结构简单、操作方便，检测结果可靠、检测精度高、性能稳定，有效解决了以往漏判问题。

图4 气路系统示意图
图5 控制程序流程图
图6 PID控制系统
图7 检测装置实物外形
7 结束语
该装置利用气压增压原理对水槽洗碗机底部渗漏进行检验，能有效解决因水压不足造成漏判的问题，检测时所需纯水较少，节拍时间短，操作简单，检测结果可靠。

目前该装置主要用于单台设备检测，增加检测模块之后可推广应用至自动化流水线生产模式。

参考文献
【相关文献】
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[3] 刘广锰. 整车水密封性检测及常用漏水问题分析方法[J]. 科技尚品,2017.8:112-117.
[4] 熊思任. 基于51单片机的水下设备漏水检测与报警方案[J]. 学术丛论,2018.12:184-185.
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