黄庆华，余新平，吴向勤，胡飞鹏

(1.浙江广厦建设职业技术大学，浙江 东阳 322100；2.浙江宝森波纹管有限公司，浙江 东阳 322100)

0 引言

金属波纹管在各类技术领域里应用广泛，特别是在各类测量仪器仪表中，主要用途是作为压力、温度、流量等仪表中的测量元件，通过位移、力或体积的变化将其转换成压力、温度和流量等指标。其制作的好坏直接关系到测量的准确性，影响到仪器仪表的性能、执行功能等。在金属波纹管的设计和使用过程中，密封性和使用寿命是其重要的技术指标。在生产过程检验中，对每一批产品都需要进行抗疲劳测试，以保证产品的质量。一般公司生产的波纹管批次和种类较多，而传统的金属波纹管疲劳试验机是单波纹管抗疲劳测试，只能测试一种型号的波纹管，测试效率相对较低。为此，通过改进气动盘结构和气动系统，研制了一种多工位可调节测试位移和压力的金属波纹管疲劳试验机。

1 金属波纹管结构

图1为某型号的金属波纹管。该产品的主要技术参数为：寿命要达到30万次，耐压0.686 MPa，材料为Qsn6.5-0.1。其中寿命次数是一项特别重要的指标，对每一批次产品的检验率要达到0.1%，以保证产品的质量。金属波纹管的主要技术参数见表1。

表1 金属波纹管基本参数

图1 金属波纹管零件图

2 金属波纹管抗疲劳测试工作台的方案设计

根据工况要求，金属波纹管抗疲劳测试工作台的方案设计如图2所示。金属波纹管抗疲劳测试工作台主要由电动机13、减速器11、偏心盘10、伸缩盘8、气动盘5、调整盘2、支架1等组成。其机械传动路线为：电动机是动力机构，通过V带12将运动传递到蜗轮蜗杆减速器11，通过蜗轮蜗杆减速器11实现减速，从而提高传动的扭矩，并且达到测试要求相应的转速；蜗轮蜗杆减速器11的输出轴带动偏心盘10，偏心盘10的转动产生竖直方向的位移，偏心盘10推动伸缩盘8向下移动，并且通过弹簧9实现复位。波纹管的最大压缩量由偏心盘10的偏心距决定，可以选用不同偏心距的偏心盘10，从而满足不同压缩位移的波纹管的检测。假如一次检测不同伸缩量的波纹管，可以通过调节伸缩杆7的长度来调整波纹管的伸缩位移，伸缩杆7的调节是减小位移的调节，从而实现多波、不同位移的波纹管疲劳检测。

气动盘5上安装被检测的波纹管，波纹管6与连接件间通过锡焊焊接，连接件与气动盘5通过螺纹连接的方式固定，中间通过密封圈密封。气动盘与气动盘支撑架4使用滑块方式安装，侧面有定位螺钉3，实现定位和夹紧，这样能快速地进行气动盘5的拆装。被检测波纹管与伸缩盘8之间的距离由调整盘2调整，转动调整盘，从而调整气动盘5的高度。

1-支架；2-调整盘；3-定位螺钉；4-气动盘支撑架；5-气动盘；6-波纹管；7-伸缩杆；8-伸缩盘；9-弹簧；10-偏心盘；11-蜗轮蜗杆减速器；12-V带；13-电动机

3 气动盘的设计

根据工况要求，气动盘一般按照4个工位设计，也可以设计成其他多工位。以4个工位气动盘为例，气动盘各个工位之间根据被测试金属波纹管的压力不同主要有三种类别：①只测一种压力，4个安装孔位相互连通，如图3(a)所示；②能测两种压力，两个安装孔位分别相互连通，如图3(b)所示；③可以测4种不同的压力，4个安装孔位都相互独立，如图3(c)所示。单压四通气动盘零件图如图4所示。

图3 三种4工位气动盘工位图

图4 单压四通气动盘零件图

4 测试工作台的气压系统设计

疲劳测试工作台的气动原理图如图5所示，主要包括Q1气源、G1气动三联件(含调压阀)、W1～W8截止阀、V1～V4减压阀、P1～P4压力计等气动元器件。Q1气源选择压缩氮气，气压一般选用1 MPa。G1气动三联件(含调压阀)主要作用是空气过滤，并且调节和稳定气源的输出压力。通过调压并稳压后气源分成平行的4路输出至气动盘，每一路前后各有一个截止阀，两个截止阀中间是减压阀和压力表，在工作过程中，通过调整减压阀的输出压力，实现测试工作台被测波纹管的压力调整，并保持稳定的输出压力。4个平行的气动输出回路根据不同的气动盘选择其工作状态。表2为 疲劳测试工作台气压系统基本参数要求。

Q1-气源；G1-气动三联件(含调压阀)；W1～W8-截止阀；V1～V4-减压阀；P1～P4-压力计

表2 疲劳测试工作台气压系统基本参数要求

5 波纹管的安装与检测

5.1 波纹管的焊装

将所要测试的波纹管通过锡焊的方式焊接在连接件上，焊接要求牢靠，没有虚焊和侧漏，外观要求波纹管平直，不歪斜，如图6所示。焊接好后的波纹管放置在工作台上冷却5 min以上，冷却后的连接件底部安装密封圈，密封圈必须装配到连接件底座的凹槽内。密封圈必须选择合适的型号，注意焊装波纹管时必须先拆下密封圈，以免烧化。

图6 波纹管连接件 图7 气动盘连接件安装

5.2 波纹管连接件的安装

将焊装好的波纹管连接件安装到气动盘上，安装过程中使用扭力扳手拧紧，按要求达到相应扭矩值即可，偏差不能超过规定扭矩值±10%，太紧影响连接件和密封圈的使用寿命，太松不能保证连接件和气动盘之间的密封性。还需要观察拧紧后的波纹管连接件外形，并对波纹管予以手工整形，保证波纹管平直，如图7所示。

5.3 气动盘的高度调整

将安装好波纹管连接件的气动盘安装到气动盘座上，并紧固侧面的螺钉。首先用手转动皮带轮，使测试台减速器输出轴上的偏心路中间点对准伸缩杆(向下偏心距离最小值位置)，再旋转调整盘，使测试的产品顶部平面与测试设备上平面刚好接触。并观察产品顶部平面与测试设备的上平面是否有间隙，在有间隙的情况下需继续旋转调整盘，直至产品顶部平面与测试设备的上平面刚好无间隙为止，如图8所示。假如测试不同高度型号的波纹管，高度值小的波纹管可以调整伸缩盘上的伸缩杆的距离，从而使伸缩杆的底部平面与波纹管的顶部平面相接触。注意在手动转动电机的皮带轮时，必须保证电源为关闭状态，防止因设备故障造成人身伤害。

图8 气动盘高度调整

5.4 启动检测设备

打开气源，调整气源输出压力，再打开输入截止阀，并调整减压阀，输出压力计(如图9所示)的压力显示值达到额定压力值，再打开输出截止阀，并观察气动盘上的被测波纹管有无漏气，在保证没有漏气的情况下，接通电源，将相应检测设备的计数器数值归零，启动电机按钮，开始波纹管的压力疲劳测试。在试验过程中，需要经常观察设备和试验品有无异常情况，保证测试设备正常运行。当检测次数达到计数器(如图10所示)额定设置值时，电机自动断电，做好产品型号和批次的检测记录。当测试过程中遇到波纹管疲劳损坏时，设备也会停止运行，并自动报警。

图9 压力计 图10 计数器

6 结束语

金属波纹管疲劳试验机已经在某公司生产中得到应用。在设备的运行过程中，检测的精度和检测的效率都符合检测要求，并且气压系统运行可靠，检测的工作精度及各项技术指标符合检测要求。本文研究优化了气动盘的多工位、多型号的设计，使检测范围大大增加，取得了较好的使用效果。