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      一種基于六自由度機(jī)械手的水嘴耐久性智能試驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)

      2018-08-31 10:22陳紅
      中國(guó)科技縱橫 2018年9期
      關(guān)鍵詞:水嘴

      陳紅

      摘 要:隨著社會(huì)發(fā)展,水嘴已經(jīng)在公共場(chǎng)所、辦公場(chǎng)所、家庭得到了廣泛應(yīng)用,成為人們?nèi)粘I钪兄匾暮乃a(chǎn)品。另外,對(duì)水嘴耐久性質(zhì)量安全進(jìn)行管控是非常關(guān)鍵的,一方面,我國(guó)是水資源嚴(yán)重缺乏國(guó)家,水嘴長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象,嚴(yán)重浪費(fèi)水資源;另一方面,我國(guó)陶瓷片密封水嘴內(nèi)銷的生產(chǎn)水平參差不齊,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制不嚴(yán),導(dǎo)致水嘴在長(zhǎng)期冷熱水交替使用中,零部件容易出現(xiàn)變形、斷裂、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)卡阻、復(fù)位失效、靈敏度降低等質(zhì)量情況,易引發(fā)燙傷等安全事故。

      關(guān)鍵詞:水嘴;耐久性實(shí)驗(yàn);效果及推廣

      中圖分類號(hào):TS914.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2018)09-0056-02

      1 傳統(tǒng)水嘴耐久性試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備存在的主要問(wèn)題

      1.1 傳統(tǒng)水嘴耐久性檢測(cè)設(shè)備通用性差

      目前市場(chǎng)上的水嘴各式各樣,有很多不同的類型,現(xiàn)有的水嘴耐久性試驗(yàn)機(jī)需要針對(duì)每種類型樣品設(shè)計(jì)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu),每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均占一個(gè)工位,而企業(yè)和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)往往涉及產(chǎn)品類型較多,導(dǎo)致水嘴耐久性檢測(cè)設(shè)備工位很多,設(shè)備體積龐大,通用性差,利用率低。因此,水嘴生產(chǎn)企業(yè)和質(zhì)檢機(jī)構(gòu)均在尋求一種產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)的水嘴耐久性檢測(cè)設(shè)備。

      1.2 企業(yè)缺乏智能檢測(cè)設(shè)備

      國(guó)家對(duì)水嘴質(zhì)量的管控也越來(lái)越嚴(yán)格,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,大中型企業(yè)為了不斷加強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)能力,必須從提高產(chǎn)品本身質(zhì)量出發(fā),嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程,這些企業(yè)都希望有一種更智能的檢測(cè)設(shè)備,可以實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)參數(shù)的變化,使得研發(fā)人員、試驗(yàn)人員對(duì)產(chǎn)品性能有更充分的了解,便于企業(yè)研發(fā)和質(zhì)量管控。

      1.3 傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性、精確性有待提高

      水嘴耐久性試驗(yàn)均要進(jìn)行幾萬(wàn)次甚至幾十萬(wàn)次的循環(huán),一個(gè)耐久性試驗(yàn)如果機(jī)器每天24小時(shí)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)也要持續(xù)十幾天,而傳統(tǒng)水嘴耐久性試驗(yàn)機(jī)都是電機(jī)和氣缸配合,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)易發(fā)熱,設(shè)備故障率較高,這一問(wèn)題亟待解決。

      2 本試驗(yàn)系統(tǒng)著重解決的技術(shù)能力

      (1)開(kāi)發(fā)六自由度機(jī)械手用于水嘴耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)的程序控制軟件,實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)的智能化,提高試驗(yàn)系統(tǒng)的通用性;(2)研發(fā)水壓閉環(huán)控制系統(tǒng),提高壓力和流量控制精度;(3)通過(guò)水箱的優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)合控制器對(duì)水嘴把手位置的監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)高低溫水的精確控制。

      3 本試驗(yàn)系統(tǒng)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

      3.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

      (1)GB 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》;(2)GB 25501-2010《水嘴用水效率限定值及用水效率等級(jí)》;(3)QB/T 1334-2013《水嘴通用技術(shù)條件》;(4)JC/T 758-2008《面盆水嘴》;(5)JC/T 760-2008《浴盆及淋浴水嘴》。

      3.2 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)

      (1)歐系標(biāo)準(zhǔn):EN817:2008《衛(wèi)浴龍頭 機(jī)械混合閥(PN10)通用技術(shù)要求》、EN200:2008《衛(wèi)浴龍頭 1型和2型供水系統(tǒng)的單水龍頭和組合水龍頭通用技術(shù)要求》;(2)澳系標(biāo)準(zhǔn):AS/NZS 3718:2005/AMD1:2006/AMD2:2008《供水裝置 水嘴》;(3)美系標(biāo)準(zhǔn):ASME A112.18.1-2012/CSA B125.1-12《管道供水裝置》。

      4 本試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理

      目前國(guó)內(nèi)外通常采用以下作業(yè)程序完成單柄雙控水嘴耐久性試驗(yàn),水嘴按使用狀態(tài)安裝在試驗(yàn)設(shè)備上,在標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)條件下,并保證水嘴手柄按圖1所示運(yùn)動(dòng),一個(gè)循環(huán)包括三次開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)和兩次完整的冷水—熱水—冷水運(yùn)動(dòng)。步驟如下:

      (1)閥芯位于中間混合關(guān)閉位置0開(kāi)始試驗(yàn);(2)在中間混合位置打開(kāi)至位置1;(3)返回關(guān)閉位置2;(4)在關(guān)閉位置轉(zhuǎn)換到冷水位置3;(5)在冷水位置打開(kāi)至4;(6)在開(kāi)啟狀態(tài)下轉(zhuǎn)到熱水全開(kāi)位置5,保持(5±0.5)s;(7)再在開(kāi)啟狀態(tài)下轉(zhuǎn)到冷水全開(kāi)位置6,保持(5±0.5)s;(8)關(guān)閉水嘴到位置7;(9)在關(guān)閉狀態(tài)下轉(zhuǎn)到熱水位置8;(10)在熱水位置打開(kāi)到位置9,再關(guān)閉至位置10;(11)在關(guān)閉狀態(tài)回到11(0)位置。

      以上為一個(gè)循環(huán),連續(xù)進(jìn)行測(cè)試,完成7×104個(gè)循環(huán)次數(shù)。

      5 本試驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

      5.1 在水嘴耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)中引入六自由度機(jī)械手

      本項(xiàng)目是根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》、EN817:2008《衛(wèi)浴龍頭 機(jī)械混合閥(PN10)通用技術(shù)要求》等國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的水嘴壽命試驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)完成的,由于該標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了很多各式各樣不同類型的水嘴,例如:?jiǎn)伪鷨慰厮臁伪p控水嘴、雙柄雙控水嘴、抽取式水嘴、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)出水管等,由于水嘴的多樣性,導(dǎo)致現(xiàn)有的壽命試驗(yàn)機(jī)針對(duì)每一個(gè)樣品都設(shè)計(jì)了不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu),導(dǎo)致了設(shè)備龐大,通用性差等一系列問(wèn)題,為了解決這些問(wèn)題,我們創(chuàng)新性提出了用六自由度機(jī)械手測(cè)試系統(tǒng)的解決方案。

      5.2 高精度壓力和流量控制系統(tǒng)

      運(yùn)用了計(jì)算機(jī)-控制器-數(shù)字采集板卡-傳感器-變頻器-多級(jí)增壓水泵組成了高精度的水壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為三個(gè)模塊:給定模塊;采集模塊;控制模塊。

      5.3 高低溫水精確控制系統(tǒng)

      在單柄雙控水嘴的耐久性試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),水嘴的開(kāi)啟狀態(tài)分為:極冷、極熱、混合水三種,其中混合水對(duì)主水箱的溫度會(huì)造成影響,我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)了混合水的水箱,結(jié)合機(jī)器人測(cè)試系統(tǒng)和管路控制系統(tǒng),對(duì)冷熱水溫有更高精度的控制。當(dāng)機(jī)器人帶著樣品運(yùn)行到混合水的位置時(shí),通過(guò)控制器對(duì)機(jī)器人內(nèi)部位置信號(hào)的監(jiān)控,控制器得到該位置信號(hào)后,將水路中的多位電動(dòng)閥調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)混合水的水箱,避免混合水影響極冷或極熱水箱,最后對(duì)混合水進(jìn)行加熱或制冷處理,重新回到極冷或極熱水箱,使得系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

      5.4 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

      本系統(tǒng)結(jié)合了前面三大系統(tǒng),并對(duì)它們內(nèi)部所有的數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)軌跡通過(guò)總線連接器與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接,再通過(guò)LabVIEW人機(jī)交互的界面進(jìn)行編程,將所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)人機(jī)界面顯示出來(lái)并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)共享給有打開(kāi)權(quán)限的試驗(yàn)人員或調(diào)試人員,使得設(shè)備維護(hù)的便利性和試驗(yàn)人員的操作便利性大幅提高,將所有的試驗(yàn)參數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸至互聯(lián)網(wǎng),使得實(shí)驗(yàn)人員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)控和操作,既有利于設(shè)備維護(hù),也提高了試驗(yàn)效率。

      6 實(shí)施效果及推廣應(yīng)用情況

      根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析,該檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠,能夠科學(xué)地、穩(wěn)定地的完成國(guó)標(biāo)GB 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》中水嘴開(kāi)關(guān)壽命試驗(yàn),本系統(tǒng)提高了檢測(cè)的自動(dòng)化、智能化,在實(shí)際使用中操作方便,各參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、充分的采集和傳輸為試驗(yàn)人員提供豐富的測(cè)試信息。西北國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心對(duì)定性的設(shè)備進(jìn)行了計(jì)量檢定,獲得合格的檢定證書。該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)為水壓精度達(dá)到0.5級(jí),溫度精度達(dá)到1.0級(jí),流量精度達(dá)到3.0級(jí),扭矩精度達(dá)到1.0級(jí),處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,并于2016年1月獲得科技部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

      本系統(tǒng)的研發(fā)和制造成功在業(yè)內(nèi)反映良好,目前已在中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、重慶質(zhì)檢院、蘇州質(zhì)監(jiān)所、佛山質(zhì)監(jiān)所、開(kāi)平奧斯曼陶瓷有限公司、潮州質(zhì)監(jiān)所、云南質(zhì)檢院、東陶(中國(guó))有限公司等質(zhì)檢機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)得以應(yīng)用,因檢測(cè)精度高,產(chǎn)品適用范圍廣,穩(wěn)定性好,智能化程度高,操作便利等優(yōu)點(diǎn)得到一致好評(píng)。

      參考文獻(xiàn)

      [1]張帆,張衛(wèi)星,陳媛媛,姚創(chuàng)藝,商蓓,吳浩,段坤利,陳文彬.基于六自由度機(jī)械手的水嘴耐久性智能試驗(yàn)系統(tǒng).中國(guó):CN205038043U[P].2016-02-17.

      [2]高東輝,王曉鵬,夏金尉,丁洪流.陶瓷片密封水嘴產(chǎn)品質(zhì)量分析[J].陶瓷,2015,(05):45-48.

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