汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋單向閥壓床的設(shè)計(jì)與研制

胡 罡，姚 旺

（湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院股份公司，武漢 430070）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的核心零部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到整車(chē)的綜合性能。缸蓋是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件，其裝配的精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能，因此對(duì)缸蓋單向閥進(jìn)行高效和精確的壓裝顯的尤為重要。單向閥壓床的工作性能不僅影響單向閥壓裝質(zhì)量的好壞，而且還決定了整條缸蓋裝配線(xiàn)生產(chǎn)效率的高低。目前國(guó)內(nèi)大部分汽車(chē)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)都是采用油壓缸或者氣液增壓缸對(duì)單向閥進(jìn)行較大壓力的一次性壓裝[1～3]，所以單向閥壓裝方向是否正確無(wú)法得知，而且壓裝力的大小也無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控，因此也就無(wú)法確認(rèn)單向閥和缸蓋安裝孔之間的裝配過(guò)盈量是否合適。若過(guò)盈量太大，單向閥表面會(huì)受損甚至開(kāi)裂，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命；若過(guò)盈量太小，則單向閥和安裝孔之間密封不嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致漏泄，引起汽車(chē)使用的安全隱患。本文通過(guò)分析上述壓裝過(guò)程中存在的缺點(diǎn)和不足之處，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，設(shè)計(jì)和研制了一臺(tái)具備防反檢測(cè)、料反報(bào)警、高低壓自動(dòng)切換、壓裝報(bào)錯(cuò)功等功能的缸蓋單向閥壓床。

1 單向閥壓床工藝要求

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，單向閥壓床在整個(gè)自動(dòng)壓裝過(guò)程中，滿(mǎn)足以下工藝要求：

1）判斷缸蓋種類(lèi)是否和單向閥匹配，如果缸蓋的類(lèi)型和單向閥一致則進(jìn)行壓裝程序，否則直接放行。

2）應(yīng)設(shè)計(jì)有防反檢測(cè)機(jī)構(gòu)保證壓入缸蓋的單向閥姿態(tài)正確，即直徑小的一端先進(jìn)入安裝孔，如圖1所示。若出現(xiàn)漏檢發(fā)生單向閥壓反的現(xiàn)象則必須發(fā)出報(bào)警。

3）采用低、高壓自動(dòng)切換的方式對(duì)單向閥進(jìn)行壓裝，保證正確的過(guò)盈量，若過(guò)盈量和裝配要求不符，則應(yīng)給出相應(yīng)的報(bào)警和提示。

4）單向閥壓裝深度的數(shù)值在觸摸屏上給予顯示，未到達(dá)或者超出壓裝公差范圍必須有報(bào)警和指示；

5）整個(gè)自動(dòng)壓裝過(guò)程的節(jié)拍為50s。

圖1 單向閥結(jié)構(gòu)和壓裝狀態(tài)

2 單向閥壓床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

2.1 設(shè)備組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單向閥壓床主要由設(shè)備機(jī)架、振動(dòng)盤(pán)、防反檢測(cè)裝置、頂升定位裝置、壓裝反向力機(jī)構(gòu)、壓裝機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)等部分組成。該壓床的所有機(jī)械結(jié)構(gòu)部分均采用SolidWorks三維軟件行設(shè)計(jì)和建模[4]，其三維結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

振動(dòng)盤(pán)負(fù)責(zé)對(duì)單向閥進(jìn)行整形排列，是自動(dòng)下料的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，通過(guò)傳感器檢測(cè)單向閥的多少來(lái)控制其工作的啟停。防反檢測(cè)裝置是壓床的核心組成部件，該裝置的主要作用是用來(lái)檢測(cè)由振動(dòng)盤(pán)下落的單向閥姿態(tài)是否正確。頂升定位裝置和壓裝反向力機(jī)構(gòu)則主要用來(lái)定位和夾持缸蓋。分上料裝置用于判斷單向閥的數(shù)量，避免發(fā)生壓裝錯(cuò)誤。壓裝機(jī)構(gòu)采用高低壓氣路控制氣缸實(shí)現(xiàn)分段壓裝，確保壓裝的精確性。

圖2 單向閥壓床三維模型圖

2.2 工作原理和工藝流程

設(shè)備的工作原理如下：首先振動(dòng)盤(pán)工作，將單向閥整形排隊(duì)，按照需要的方向有規(guī)則的進(jìn)入料道，到達(dá)防反檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，判別單向閥姿態(tài)是否正確，若姿態(tài)正確，通過(guò)氣缸將單向閥送入分上料裝置內(nèi)，反之，通過(guò).氣缸將單向閥推送到一個(gè)接料盒內(nèi)，從而避免單向閥壓反。分上料裝置通過(guò)磁性開(kāi)關(guān)對(duì)進(jìn)入該機(jī)構(gòu)的單向閥數(shù)量進(jìn)行判斷：1）當(dāng)數(shù)量為0時(shí)，說(shuō)明無(wú)單向閥落入，重復(fù)上述檢測(cè)動(dòng)作，讓防反檢測(cè)裝置向分上料裝置送料；2）當(dāng)數(shù)量為1時(shí)，分上料裝置的氣缸將單向閥推入壓裝機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)，等待壓裝；3）當(dāng)數(shù)量大于1時(shí)，說(shuō)明分上料裝置中存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的單向閥，設(shè)備報(bào)警，人工干預(yù)將多余的單向閥取出。與此同時(shí)，載有缸蓋的托盤(pán)在線(xiàn)體上輸送，在到達(dá)壓床工位前，隔料氣缸將托盤(pán)阻擋，此時(shí)通過(guò)線(xiàn)體上的探測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)托盤(pán)上的工件，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有缸蓋或者有其他型號(hào)的缸蓋，則壓床不工作自動(dòng)將托盤(pán)放行。若檢測(cè)到匹配型號(hào)的缸蓋，設(shè)備工位上的擋料機(jī)構(gòu)自動(dòng)升起將托盤(pán)阻擋定位，同時(shí)設(shè)備上的頂升定位裝置將缸蓋頂起定位，反向力機(jī)構(gòu)施加與壓裝方向相反的力將缸蓋固定，此時(shí)壓裝氣缸將準(zhǔn)備到位的單向閥壓入缸蓋內(nèi)，待壓裝合格后，缸蓋復(fù)位，托盤(pán)放行。

3 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 單向閥壓床工藝流程圖

通過(guò)對(duì)單向閥壓裝力和過(guò)盈量的計(jì)算[5]，所需的壓裝力完全可以通過(guò)氣缸來(lái)提供，所以該設(shè)備全部采用氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，省略了液壓系統(tǒng)，節(jié)約了成本。每個(gè)氣缸均采用單獨(dú)氣控閥控制，運(yùn)行速度可以通過(guò)調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓裝氣缸采用高、低壓雙控回路自動(dòng)進(jìn)行切換[6]，從而實(shí)現(xiàn)壓裝過(guò)程的準(zhǔn)確性和可靠性，高、低壓切換的氣動(dòng)控制回路如圖4所示。電磁鐵YV3失電，YV2得電并打開(kāi)外控先導(dǎo)口B，三位五通換向閥處于右位，此時(shí)壓裝氣缸處于低壓壓裝狀態(tài)，當(dāng)?shù)蛪簤貉b行程到位時(shí)（位移傳感器判斷），電磁鐵YV3得電，兩位三通換向閥動(dòng)作，壓裝氣缸馬上切換至高壓壓裝狀態(tài)，當(dāng)高壓壓裝行程到位后（位移傳感器判斷），電磁鐵YV3失電，YV1得電打開(kāi)外控先導(dǎo)口A時(shí)，三位五通換向閥處于左位，壓裝氣缸返回，完成壓裝過(guò)程。

圖4 高、低壓切換的氣動(dòng)控制回路

4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)主要由西門(mén)子S7300型可編程邏輯控制器[7]、壓力、位移等各類(lèi)傳感器和按鍵顯示屏等電氣元器件組成。可編程邏輯控制器是整個(gè)電控系統(tǒng)的核心元件，它通過(guò)采集各類(lèi)傳感器信號(hào)，根據(jù)所編寫(xiě)的程序控制氣缸按照要求動(dòng)作完成壓裝過(guò)程。人機(jī)交互界面采用了西門(mén)子OP277的按鍵屏[8]。該按鍵屏可以對(duì)單向閥壓床各個(gè)氣缸的動(dòng)作實(shí)行獨(dú)立的調(diào)試和控制，還可以根據(jù)用戶(hù)需要進(jìn)行邊界條件參數(shù)的輸入和調(diào)整，同時(shí)在按鍵屏的周?chē)€裝有啟動(dòng)、停止、急停和復(fù)位等物理按鈕，以便于人工操作。電氣系統(tǒng)的控制和組成原理圖如圖5所示。

圖5 電控系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

該單向閥壓床已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大型汽車(chē)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)投入生產(chǎn)和使用，單日平均生產(chǎn)能力可達(dá)到500件/天。實(shí)踐證明，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)性能可靠、生產(chǎn)效率高、維護(hù)檢修方便、使用安全等特點(diǎn)，不僅滿(mǎn)足了汽車(chē)企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)配件批量快速生產(chǎn)的需求，而且對(duì)汽車(chē)自動(dòng)化制造業(yè)具有重要的意義和價(jià)值。

[1]袁新杰,黃澤民,劉昌華,等.汽車(chē)自動(dòng)變速箱單向閥自動(dòng)壓裝機(jī)的研制[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2003,(09):77-80.

[2]胡素云,譚贊武.汽車(chē)起動(dòng)機(jī)輸出齒輪銅套壓裝設(shè)備的研制[J].液壓與氣動(dòng),2011(11):45-48

[3]呂希勝,朱軍.新型汽車(chē)變速箱壓裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].天津汽車(chē),2008(5).

[4]胡仁喜,等.SolidWorks2012中文版機(jī)械設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[5]王先逵,等.機(jī)械裝配工藝[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[6]雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

[7]黃靜,劉玉娟,于彤,等.電氣控制與可編程序控制器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[8]謝英.基于觸摸屏和PLC的發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)[J].信息化研究,2009,(11):9-l2.