CN102248405A

CN102248405A - 一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法

Info

Publication number: CN102248405A
Application number: CN2011101623006A
Authority: CN
Inventors: 倪建军; 沈金荣; 庄曙东; 张传标; 马华伟; 刘明华
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: CN102248405B

Abstract

本发明公开了一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法，包括自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构、铜管检测机构和滚轴丝杠机构；所述自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构和铜管检测机构通过滚轴丝杠按照并行、流水线模式依次连接。本发明还公开了一种太阳能超导热管自动排气封接方法。本发明将挤压和焊接操作分离，设置独立的操作机构，保证设备运行的安全性，并增加检测机构，自动检测超导热管的焊接质量，减少次品影响，高效、安全地实现太阳能超导热管的自动封接，保证太阳能热水器装置的效能。

Description

一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能超导热管，特别是涉及一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法。

背景技术

太阳能是取之不尽、用之不竭的巨大能源，利用太阳光给人类提供能源，将能解决地球上日益紧张的能源危机。太阳能的利用是开发新能源与可再生能源的重要内容，而太阳能热水器直接利用太阳能加热水，为人类随时提供足够的热水资源。

在太阳能热水器装置中，超导热管主要完成太阳能热量的传输，超导热管封接质量的好坏将决定太阳能热水器装置性能的优劣，所以超导热管的封接工序在装置设计中起着关键的作用。在太阳能超导热管封接设计过程中，铜管作为加工超导热管的原材料，首先需要往其内添加丙酮液体，然后再利用热胀冷缩的原理，利用一定的热量排出添加的丙酮液体，然后再进行挤压与焊接，保证超导热管的导热性，所以在超导热管封接工序中，热排气这一阶段至关重要，也是保证太阳能高效利用的关键。

然而，现在太阳能公司在封接超导热管时，很多工序均是由工人手动完成，例如：手动使用针管向铜管内注入丙酮液体；人工手动不断的更换并焊接铜管；超导热管的封接效果检测工序也是由人工完成的。

上述手工工序中，工人重复在繁重的体力劳动中，对工人的耐性和体力也是一个考验。另外，在超导热管封接过程中，工人均是根据经验或肉眼观察进行操作，可能会产生一定的误差，比如：加丙酮液体的量均是由工人经验得到的，手动添加丙酮液体时，不能保证每次添加的量均相同，从而使得每个铜管加入的丙酮液体高度不同，导致在排气时，时间不一致。另外，这种纯人工操作方式不仅费时费力，而且排出的丙酮液体或气体会对人体产生一定的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法，采用自动化技术，减少了劳动力，提高了工作的安全性。

本发明的技术方案是：一种太阳能超导热管自动排气封接装置，包括自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构、铜管检测机构和滚轴丝杠机构；所述自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构和铜管检测机构通过滚轴丝杠按照并行、流水线模式依次连接。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的自动加液机构包括进液口、液体容器和出液口组成，进液口和出液口分别安装在液体容器的上下两端以控制液体的流动。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的铜管挤压机构包括一个液压结构和水箱一，液压结构（7）包含一个与水箱一相连接的液压传送机构和一个液压挤压机构。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的液压结构为剪刀形状，其中固定槽上侧连接定端子，动端子的一端连接固定槽的下侧，另一端连接有回旋弹簧和液压缸，在顶端子下方设有铜管定位端。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的铜管焊接机构包括焊枪和步进结构，步进结构带动焊枪运动定位到每一个铜管的位置完成焊接。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的滚轴丝杠机构包括滑块、上行道、普通电机、滚轴丝杠和下行道，其中电机通过带动滚轴丝杠移动，使丝杠上的滑块移动，将滑块上的铜管移动到设定的位置。

一种太阳能超导热管自动排气封接的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）安装铜管至自动加液结构加液，完成后加热水箱一和水箱二里的水至设定温度T1℃ 和T2℃；

（2）电机通过滚轴丝杠将铜管运输至挤压机构，利用液压结构的液压传送机构带动水箱一上升到指定位置后对铜管加热，待铜管排液结束后，液压结构带动液压缸运动，进行挤压处理；

（3）挤压完成后，液压缸和水箱一复位，利用电机带动滚轴丝杠运动，将挤压过的铜管送至焊接平台，控制步进电机带动焊枪运动定位每个铜管的位置，并在每个铜管位置进行焊接处理；

（4）焊接完成后，步进电机归位，电机带动滚轴丝杠将焊接好的铜管送至检测平台，并将铜管反转，水箱二上升至指定的位置，利用温度传感器检测每个超导热管传热的温度，如果温度达到T3℃，说明超导热管导热性比较好，否则认定为次品。

前述的一种太阳能超导热管自动排气封接方法，其特征在于：步骤（2）所述的控制步进电机运动时采用了三菱PLC输出高频脉冲，使用绝对定位指令对铜管定位，并使用原点归位指令进行步进电机的归位。

本发明的有益效果是：本发明采用了自动化技术，焊接质量好，使工人从繁重、重复的劳动中解脱了出来，省时省力；可以防止丙酮在焊接的时候发生燃烧，避免引起重大的安全事故，高效、安全的实现了太阳能超导热管的自动封接。

附图说明

图1是本发明超导热管自动封接装置的示意图。

图2是本发明自动加液机构示意图。

图3是本发明剪刀形挤压机构示意图。

图4是本发明丝杠机械示意图。

图5是本发明超导热管自动封接控制流程图。

图6是本发明控制液压结构电路图。

具体实施方式

以下对照附图，对本发明提出的实施方案、结构、以及功效进行详细的说明。

由图1装置示意图可以看出，超导热管的自动封接装置主要分成4个部分：自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构和铜管检测机构。上述4个部分是按照并行、流水线模式完成超导热管的自动排气封接工序，一方面保证焊接的质量，另一方面可以提高焊接效率。其中1为铜管，2为电子夹，3为固定铜管装置，4为滚轴丝杠，5-1为水箱一（用于排气），5-2为水箱二（用于检测），6为自动加液结构，7为液压结构，8为焊枪和步进结构，9为温度检测结构。

图2是自动加液机构示意图，机构主要由进液口10、液体容器11和出液口12组成。10和12口处均安装电磁阀，控制液体的流动。如果容器11内的丙酮液体低于设定值，则打开10口的电磁阀，向容器11里注入丙酮液体，否则保持电磁阀关闭。当执行加液指令时，12口的所有电磁阀打开，向铜管里面注入液体，注入一定量的丙酮后，关闭12口电磁阀，停止加液。

图3是本发明的剪刀形挤压机构示意图，本机构采用杠杆的原理，13为固定槽，14为定端子，15为铜管定位端，16为动端子，17为回旋弹簧，18为液压缸。

假如液压缸18提供的压力为

Figure 2011101623006100002DEST_PATH_IMAGE001

，力矩为

，其中一个铜管的力矩为

Figure 2011101623006100002DEST_PATH_IMAGE003

，铜管所受的压力为

。

根据杠杆平衡原理得到：

Figure 2011101623006100002DEST_PATH_IMAGE005

由上式求

：

可以看出

越小，越大，挤压效果越好。

如果使用平推的方式，液压缸提供的力被平均分解，每个铜管受力均匀并且远小于

，所以挤压效果较差，导致铜管不能在密封情况下焊接，使得铜管封接效果变差。

图4是铜管运动的机构，19为滑块，20为上行道，21为普通电机，22为滚轴丝杠，23为下行道。电机21带动滚轴丝杠22运动，滑块19上装有铜管固定装置3，滑块在丝杠上运动，从而电机21将1和3移动至设定的位置，进行相关的操作。

图5流程图详细介绍了一个封接周期所执行的步骤。

a. 安装铜管至自动加液机构上，然后开启加液按钮，打开加液电磁阀，机构自动向铜管中加入丙酮液体，加液完成后关闭电磁阀，同时加热水箱一和水箱二里的水至设定温度T1℃和T2℃，当上述两个条件满足后，设备方可运行，否则禁止运行。

b. 加液完成后，开启启动按钮（注意：水箱一的水温达到T1℃后设备方可运行），电机21通过滚轴丝杠将铜管运输至挤压机构。首先液压结构带动水箱一上升至指定位置，进行铜管的加热处理，经过一段加热时间后，铜管开始排液，排液结束后，液压结构带动液压缸运动，进行挤压处理。

c. 挤压完成后，液压缸和水箱一复位，利用电机21带动滚轴丝杠运动，将铜管输送至焊接平台，进行焊接处理。步进电机带动焊枪运动定位每个铜管的位置，并在每个铜管位置进行焊接处理。

d. 焊接工序完成后，步进电机归位，电机21带动滚轴丝杠将装置输送至检测平台，并将装置反转，水箱二上升至指定位置，利用温度传感器检测每个超导热管传热的温度，如果温度达到T3℃，说明超导热管导热性比较好，符合要求，成品合格，否则超导热管认定为次品，此时松开次品的电磁阀，松开夹子，卸下次品，进行集中处理，最终将合格的超导热管收集、装箱。

在焊接阶段，利用PLC输出高频脉冲，控制步进电机运动，

使用绝对定位指令进行铜管定位，并使用原点回归指令进行步进电机的归位，避免误差累积。步进电机带动焊枪运动，定位每个铜管的位置，每个铜管定位完成后，开启引弧信号，进行焊接。

在温控设计流程中，利用加热管加热水箱一内的水，由于开机需要将水温加热至一定的温度，为了减少等待时间，本发明使用3个加热管同时加热水，并采用三角形连接方式。当温度达到设定温度后，如果仍然继续使用3个加热管加热水，会使水不断加热至沸腾，水箱一内的水会不断翻滚，一方面不利于铜管的受热，另一方面也会使水分消耗过快。为了解决上述问题，本发明的解决方案是：在未达到设定温度时，3个加热管同时工作，当达到设定温度后，仅留一个加热管加热水，保证水箱一内的水基本处于恒温状态。

由于丙酮具有易挥发、燃点低等特点，所以本发明将铜管的挤压和焊接操作分离处理。由于丙酮挥发后会影响工作环境，所以需要将排出的丙酮溶液进行收集处理，一方面可以减少对环境的危害，另一方面也可以节约原材料，对丙酮溶液进行再次利用。

图6为液压结构控制电路。本发明主要使用PLC控制电机和液压结构的运动，并且具有紧急处理按钮和故障指示功能，可以保证设备安全、正常的运行。

综上所述，本发明提供的一种太阳能超导热管自动排气封接装置及其方法，具有自动化程度高、焊接质量好、省时省力等优点，可以高效、安全地实现太阳能超导热管的自动封接。

本发明按照实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：包括自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构、铜管检测机构和滚轴丝杠机构（4）；所述自动加液机构、铜管挤压机构、铜管焊接机构和铜管检测机构通过滚轴丝杠（4）按照并行、流水线模式依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的自动加液机构包括进液口（10）、液体容器（11）和出液口（12）组成，进液口（10）和出液口（12）分别安装在液体容器（11）的上下两端以控制液体的流动。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的铜管挤压机构包括一个液压结构（7）和水箱一，液压结构（7）包含一个与水箱一相连接的液压传送机构和一个液压挤压机构。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的液压结构（7）为剪刀形状，其中固定槽（13）上侧连接定端子（14），动端子（16）的一端连接固定槽（13）的下侧，另一端连接有回旋弹簧（17）和液压缸（18），在顶端子下方设有铜管定位端（15）。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的铜管焊接机构包括焊枪和步进结构（8），步进结构带动焊枪运动定位到每一个铜管的位置完成焊接。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能超导热管自动排气封接装置，其特征在于：所述的滚轴丝杠机构（4）包括滑块（19）、上行道（20）、普通电机（21）、滚轴丝杠（22）和下行道（23），其中电机（21）通过带动滚轴丝杠（22）移动，使丝杠（22）上的滑块（19）移动，将滑块（19）上的铜管移动到设定的位置。

7.一种太阳能超导热管自动排气封接的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）安装铜管至自动加液结构（6）加液，完成后加热水箱一和水箱二里的水至设定温度T1℃ 和T2℃；

（2）电机（21）通过滚轴丝杠（22）将铜管运输至挤压机构，利用液压结构（7）的液压传送机构带动水箱一上升到指定位置后对铜管加热，待铜管排液结束后，液压结构（7）带动液压缸（18）运动，进行挤压处理；

（3）挤压完成后，液压缸（18）和水箱一复位，利用电机（21）带动滚轴丝杠（22）运动，将挤压过的铜管送至焊接平台，控制步进电机带动焊枪运动定位每个铜管的位置，并在每个铜管位置进行焊接处理；

（4）焊接完成后，步进电机归位，电机（21）带动滚轴丝杠（22）将焊接好的铜管送至检测平台，并将铜管反转，水箱二上升至指定的位置，利用温度传感器检测每个超导热管传热的温度，如果温度达到T3℃，说明超导热管导热性比较好，否则认定为次品。

8.根据权利要求7所述的一种太阳能超导热管自动排气封接的方法，其特征在于：步骤（2）所述的控制步进电机运动时采用了PLC输出高频脉冲，使用绝对定位指令对铜管定位，并使用原点归位指令进行步进电机的归位。