電池氣塞壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

倪作恒++郭兆瑞

摘 要：針對電池氣塞檢測人工操作精度不高、檢測工藝方法落后，不適應(yīng)當(dāng)前的航天電源產(chǎn)品的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制及批產(chǎn)效率要求，開發(fā)研制了鋅銀電池氣塞壓力測試系統(tǒng)，通過新系統(tǒng)與老工藝方法的試驗(yàn)，確定了合理的工藝參數(shù)，并進(jìn)行了驗(yàn)證，解決了鋅銀電池氣塞壓力自動檢測記錄的生產(chǎn)瓶頸問題。

關(guān)鍵詞：氣塞檢測；橡膠；工藝方法

0 引言

鋅銀蓄電池是用于運(yùn)載火箭的主要電源，28V電池組由20個(gè)單體串聯(lián)組成，每個(gè)單體電池上安裝有氣塞，氣塞的氣壓閥是由橡膠圈彈性伸縮控制，氣塞壓力要求控制在40Kpa至80Kpa之間，以保證單體電池內(nèi)部電解液在正常情況下不泄露，同時(shí)在放電過程中氣壓過高時(shí)能及時(shí)向外排出氣體。長期以來，該氣塞的檢測依靠人工判讀的檢測方式，即將氣塞接入U(xiǎn)型管通路中，通過空壓機(jī)提供氣源，人工手工控制氣閥，逐漸調(diào)大進(jìn)氣量，直至氣塞打開。上述檢測方式存在兩個(gè)方面的問題，一是人工判讀誤差較大，檢測精度不夠，難以準(zhǔn)確把握氣塞實(shí)際打開壓力；二是檢測結(jié)果因人而異性大，導(dǎo)致測量結(jié)果偏差大；因此，需開發(fā)一套能自動檢測的氣塞壓力測試系統(tǒng)。

1 氣塞壓力測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)氣塞檢測的壓力范圍及要求，不能簡單復(fù)制原有的人工壓力檢測方式，原有方式人為控制氣閥，以進(jìn)氣量控制氣塞打開壓力，存在相當(dāng)?shù)碾S意性，因此在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用如下方式來完成氣塞壓力測試：

在氣塞回路中通過減壓閥給定40Kpa的低壓檢測壓力值，氣路壓力平衡后關(guān)閉進(jìn)氣通道，測試回路中的氣壓的下降曲線，以一定時(shí)間后的氣壓下降值作為氣塞是否在40Kpa下打開的判定。如果氣塞在該狀態(tài)下通過檢測，即認(rèn)為壓力高于40Kpa滿足使用要求，隨即打開進(jìn)氣閥，通過減壓閥控制氣路壓力80Kpa，同樣以關(guān)閉進(jìn)氣閥后的壓力下降曲線判定氣塞是否在該壓力下打開，最終給定氣塞壓力范圍是否在40Kpa至80Kpa之間。壓力測試的時(shí)間和壓力參數(shù)需要通過新老方法的對比試驗(yàn)來最終確定。

系統(tǒng)采用PLC控制氣閥，工控機(jī)程序控制測試過程和數(shù)據(jù)記錄。氣塞壓力測試系統(tǒng)的外形圖見圖1。

系統(tǒng)具備八個(gè)通道同時(shí)檢測的能力，自動加壓完成低壓檢測和高壓檢測，動態(tài)監(jiān)控壓力變化曲線，具備測試數(shù)據(jù)自動記錄和保存功能。

2 氣塞壓力測試系統(tǒng)的應(yīng)用

整個(gè)壓力測試系統(tǒng)的應(yīng)用關(guān)鍵是確定新系統(tǒng)的各項(xiàng)檢測參數(shù)，而參數(shù)的確定必須依托新老測試方法的數(shù)據(jù)對比分析。由于航天產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性及技術(shù)狀態(tài)控制的嚴(yán)格性，試驗(yàn)必須充分，數(shù)據(jù)必須可靠才能正式應(yīng)用。

2.1 試驗(yàn)對象

試驗(yàn)對象為橡膠圈式氣塞，氣塞螺紋外徑分別為M4，氣塞要求滿足打開壓力在40Kpa～80Kpa范圍內(nèi)。

2.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)具體步驟如下：

（1）設(shè)定氣塞壓力測試系統(tǒng)初始參數(shù)，該參數(shù)確保合格與不合格氣塞樣品均能通過檢測，方便讀取系統(tǒng)測試壓力曲線。

（2）先通過老工藝方法進(jìn)行測試，記錄老方法的氣塞打開壓力。

（3）采用測試系統(tǒng)對同一氣塞進(jìn)行壓力測試，分別記錄低壓和高壓數(shù)值。

（4）重復(fù)進(jìn)行測試10～20次，對比新老工藝方法的測試結(jié)果，確定新系統(tǒng)的工藝參數(shù)。

（5）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，確定是否需要修正工藝參數(shù)。

2.3 測試結(jié)果

對M4 氣塞先進(jìn)行參數(shù)確定試驗(yàn)，設(shè)定檢測壓力低壓10kpa，高壓80kpa，檢測時(shí)間低壓10s，高壓10s，試驗(yàn)見表1。

（下轉(zhuǎn)第140頁）

（上接第138頁）

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，低壓合格與不合格的臨界測試壓力的最低值在28kpa，高壓合格與不合格的臨界測試壓力在67kpa左右，因此確定M4檢測壓力參數(shù)為低壓28kpa、高壓67kpa。雖有臨界合格氣塞壓力高壓最低檢測達(dá)到73.7kpa，但由于老設(shè)備的檢測精度不高，且氣塞為橡膠制品，存在不穩(wěn)定性，檢測參數(shù)宜緊不宜松。

隨后對上述參數(shù)設(shè)定合理性進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn)，即將參數(shù)設(shè)定為低壓30kpa、高壓67kpa，壓力保持時(shí)間均為10s。先進(jìn)行系統(tǒng)自動檢測，隨后進(jìn)行老工藝方法對檢測結(jié)果的驗(yàn)證，驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

通過表2數(shù)據(jù)表明，工藝參數(shù)確定合理，不需要再進(jìn)行調(diào)整參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果討論

電池氣塞壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡管改變了原有的測試方式和流程，但通過新老工藝試驗(yàn)方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，在測試實(shí)現(xiàn)自動化的同時(shí)，相比原有方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）8通道同時(shí)檢測將大幅提升檢測效率，適應(yīng)批產(chǎn)檢測；

（2）測試精度得到提升，避免了原有工藝人工判讀數(shù)據(jù)帶來的測試誤差；

（3）檢測數(shù)據(jù)記錄可查，增加了產(chǎn)品過程質(zhì)量控制，適應(yīng)航天產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；

（4）降低了人員工作強(qiáng)度。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鋅銀電池生產(chǎn)過程氣塞的自動檢測，一定程度上彌補(bǔ)了鋅銀電池生產(chǎn)過程自動化測試水平。目前，該設(shè)備已成功應(yīng)用于各種氣塞規(guī)格的檢測，后續(xù)也可推廣至其他電池氣塞檢測中。endprint