一种便携式多功能自动瓶盖启闭装置的研制思路

(重庆市计量质量检测研究院 重庆 404000)

一、引言

现代实验室设备先进，检测精度高、速度快、数量多、检测种类复杂。对前处理的速度提出了新的要求，传统的处理方式跟不上检测的需求，这就出现了一大批的自动化前处理设备。但是这些设备大多数都只是在对样品前处理的主要环节进行了自动化的简化，很多地方仍然需要人工处理。

实验室前处理的盖子的拧紧和开启，是很容易被忽略的一个地方，看起来这个工作简单也不需要多大的力气，但是很多前处理方式对盖子的松紧程度有要求，特别是在批量大的时候，就需要有机械化工具配套才能跟上整个实验室的进度。比如微波消解过程中的微波消解管的盖子，需要的力量较大，且会有酸雾产生，容易对人产生伤害。拧得过紧还容易损坏昂贵的消解罐盖子。

二、瓶盖启闭装置的研制思路

(一)确定盖子的扭矩

确定盖子的扭矩可采用静态测量法和动态测量法，静态扭矩测量就是将瓶盖拧紧后用扭矩扳手测量，动态扭矩测量就是在拧紧瓶盖的同时用在线式扭矩传感器测量。在静态扭矩测量法中，瓶盖状况和操作人员的熟练程度对测量精度影响更大[1]，所以本项目采用动态测量法。

图1 动态法确定瓶盖扭矩

(二)确定动力源

可以根据经验公式推算出,扭矩与功率及转速的关系[2]：

扭矩(T)=9550*功率(P)/转速(n)

即:T=9550P/n 公式1

由此可推导出：扭矩=9550*功率/转速《=》功率=转速*扭矩/9550，即P=Tn/9550 公式2

方程式中：P—功率的单位(kW)；n—转速的单位(r/min)；T—扭矩的单位(N.m)；9550是计算系数。由瓶盖扭矩推算出电机功率，可作为选择电机的参考。

(三)确定传动系统

如今电动螺丝刀的传动系统设计制作工艺已经相当成熟，瓶盖启闭装置的传动系统可参考电动螺丝刀。电动螺丝刀传动系统中，马达，齿轮箱和离合装置对设备的扭矩值起着决定作用。只有三部分共同配比，才能够正确调节到合适的扭力值。根据测定的扭矩需求值，通过减速的齿轮箱，再利用不同大小的齿轮进行不同的配比进行计算，最终可获取想要的扭力值。其中，在保持大齿不变，马达齿加大的情况下，齿轮比例会变小。反之则会增加。一般来讲，齿比越小。电动螺丝刀的速度会变得越快，但是这个时候扭力就会变小。转动的速度越快，扭力越大。[3]

(四)确定扭矩调节装置

启闭装置可采用“机械式可调扭矩螺丝刀结构”+数显式双向扭力表的组合精确调节扭矩。

参考电动螺丝刀的扭力调节环，它通过伸缩扭力弹簧的方式来进行调节扭力的大小。其工作原理如下：当紧固件顺时针给手柄施加力矩时，可以根据待紧固的螺丝所需要的扭矩大小通过弹簧、调节螺母、调节螺杆来调节两个棘轮啮合面的压力和摩擦力的大小，在弹簧的约束作用下，棘轮对上棘轮产生推力，扭矩主要来自于这个推力以及上下棘轮的摩擦力，这两个力的大小都与弹簧的压缩量有关。因此，扭矩的大小可通过弹簧的压缩量来调整。[4]

图2 电动螺丝刀扭力调节环

为了精确的控制电机的输出扭矩，可加装一种数显式双向扭力表。在传动轴转动的同时，输出扭矩在扭力表上被清晰的显示出来，如果和盖子需求的扭矩不相符，可立即调节。扭力表要定期交由专业计量检测机构校准。

图3 数显式双向扭力表

(五)加工旋盖头

微波消解罐盖一般采用PFA材质。为了保护罐盖，旋盖内可安装硅胶垫，转接头按照通用的螺丝刀接头加工以实现一机多用途。

三、瓶盖启闭装置组装

图4 瓶盖启闭装置结构示意图

四、瓶盖启闭装置调试

瓶盖启闭装置组装完成后，需加载调试，用专门的扭矩测试仪验证其扭矩输出值是否为预定值。

五、结束语

本文通过对一种便携式多功能自动瓶盖启闭装置的研制思路探讨，旨在组装一种用于质检实验室样品前处理的设备，保护实验人员身体健康，加速前处理过程，达到与其他的实验进程相适应的目的。