搖枕、側(cè)架通用型合芯機(jī)的研制

■劉福貴

1. 概述

當(dāng)前，為了滿足鐵路貨車重載提速的需要，對(duì)鐵路貨車走行部分核心關(guān)鍵鑄件搖枕、側(cè)架的質(zhì)量和性能要求日益嚴(yán)格，為此搖枕、側(cè)架的鑄造采用整體芯工藝代替分體制芯工藝，以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。我公司在引進(jìn)意大利制芯生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行升級(jí)和改造。搖枕、側(cè)架通用型合芯機(jī)是實(shí)現(xiàn)整體芯工藝的核心關(guān)鍵設(shè)備，我公司本著自主研發(fā)的原則，通過借鑒國內(nèi)外同行業(yè)同類裝備研發(fā)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，自行設(shè)計(jì)制造出了搖枕、側(cè)架通用型合芯機(jī)。

2. 主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

如圖1、圖2所示，該裝備系統(tǒng)主要包括機(jī)架鋼結(jié)構(gòu)、走行機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等。

搖枕、側(cè)架通用型合芯機(jī)工作原理和過程：合芯機(jī)將上芯盒定位夾緊→提升→翻轉(zhuǎn)→前移→下降就位，然后通過下方的氣動(dòng)浮動(dòng)平臺(tái)上升托舉下芯盒，通過上芯盒和下芯盒的對(duì)正和貼合，完成合芯作業(yè)。

（1）走行機(jī)構(gòu) 本套裝備系統(tǒng)共設(shè)兩個(gè)工位，即芯盒提升翻轉(zhuǎn)工位和合芯工位，為實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)工位轉(zhuǎn)換，采用走行車裝置帶動(dòng)合芯機(jī)構(gòu)，整個(gè)運(yùn)行過程分為快慢速行駛兩個(gè)階段，為此走行車以帶有制動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)減速器為動(dòng)力，并且通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)走行動(dòng)作的快慢速轉(zhuǎn)換和到位后的可靠停止，為防止運(yùn)行意外情況的發(fā)生，軌道鋼結(jié)構(gòu)的兩端設(shè)有限位裝置，以確保整機(jī)的安全可靠。

通過導(dǎo)向輪以平直的導(dǎo)向軌導(dǎo)向裝置，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部分平穩(wěn)準(zhǔn)確運(yùn)行和定位。

（2）提升機(jī)構(gòu) 以液壓缸為動(dòng)力，通過導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，以實(shí)現(xiàn)提升部件的平穩(wěn)準(zhǔn)確升降。為防止上升過程中發(fā)生傾斜情況，采用齒輪齒條平衡導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，即用通軸相聯(lián)的兩組齒輪，分別與兩組齒條嚙合傳動(dòng)，齒輪固定于提升部件上，齒條固定于移動(dòng)車體上，以確保升降動(dòng)作均衡平穩(wěn)，減少和避免升降時(shí)傾斜和卡滯現(xiàn)象發(fā)生。

3. 對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)

對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)是該裝備的關(guān)鍵所在：為使工件準(zhǔn)確定位，采用鏈傳動(dòng)對(duì)中機(jī)構(gòu)，以推拉液壓缸為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)左右兩組夾具臂的對(duì)稱開合，從而實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確對(duì)中夾緊。

具體結(jié)構(gòu)是將夾具臂以兩鏈輪中心連線為對(duì)稱中心斜對(duì)稱地串聯(lián)在封閉的鏈傳動(dòng)中，同時(shí)設(shè)置鏈條張緊裝置，這樣一方面為避免對(duì)中動(dòng)作過程中由于鏈條過松產(chǎn)生的兩組夾具臂的動(dòng)作不同步現(xiàn)象，另一方面也防止鏈條脫鏈。

如圖3、圖4所示，當(dāng)液壓缸桿伸出時(shí)，帶動(dòng)左右兩組移動(dòng)座同時(shí)向外打開移動(dòng)，當(dāng)液壓缸桿收縮時(shí)，帶動(dòng)左右兩組移動(dòng)座同時(shí)向內(nèi)并進(jìn)移動(dòng)，由于兩組移動(dòng)座通過鏈條串聯(lián)，所以向外打開的行程和向內(nèi)并進(jìn)的行程完全對(duì)稱統(tǒng)一，從而可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)中功能。

設(shè)置夾具臂左右對(duì)稱移動(dòng)時(shí)，通過導(dǎo)柱與背襯橡膠O形密封圈的聚四氟乙烯導(dǎo)套導(dǎo)向副，具有彈性補(bǔ)償量和較好的耐磨性，從而確保其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和精確。

圖1 合芯機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 合芯機(jī)制造現(xiàn)場

圖3 對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)示意

圖4 對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)生產(chǎn)現(xiàn)場

4. 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

夾臂下端設(shè)置專用夾頭，采用一面兩銷定位原理定位芯盒，上芯盒由對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)專用夾頭定位夾緊后，以尾部帶緩沖的擺動(dòng)液壓缸為動(dòng)力裝置，通過齒條、齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線變旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，帶動(dòng)夾具連同芯盒180?旋轉(zhuǎn)，從而現(xiàn)實(shí)工件的翻轉(zhuǎn)作業(yè)。翻轉(zhuǎn)動(dòng)作分為兩步，第一步快速行程，第二步緩慢到位，動(dòng)作行程采用接近開關(guān)檢測和控制。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖5、圖6所示。

5. 液壓控制系統(tǒng)

芯盒定位及夾緊時(shí)要求動(dòng)作平穩(wěn)緩慢和夾緊力度適宜，為此安裝了節(jié)流閥來控制液壓缸動(dòng)作速度，從而控制各夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度，安裝了調(diào)壓閥控制各夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行件的夾緊力，同時(shí)利用壓力繼電器，準(zhǔn)確判斷和控制夾緊是否適當(dāng)可靠，為使兩組翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作同步，分別專門設(shè)置了分流節(jié)流閥控制油路，以確保執(zhí)行件動(dòng)作同步一致。

同時(shí)為使芯盒的夾緊安全可靠，即在任何情況下不至于相對(duì)夾具體發(fā)生移動(dòng)現(xiàn)象，油路采用單向閥控制，這樣在夾具工作時(shí)即使液壓站停機(jī)，芯盒也會(huì)牢固地夾持在夾具上，從而保證作業(yè)時(shí)設(shè)備和操作者的人機(jī)雙方的絕對(duì)安全；同時(shí)為了防止泄漏現(xiàn)象，一律采用優(yōu)質(zhì)的液壓閥等元件，并且在摩擦副部位設(shè)置密封圈和密封護(hù)套。為防止停機(jī)時(shí)間過長出現(xiàn)升降機(jī)構(gòu)在自重作用下的下滑情況，系統(tǒng)配置蓄能器，確保合芯機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定。

6. 電氣控制系統(tǒng)

在來料工位，采用呈高低差布置的兩組對(duì)射的光電開關(guān)檢測工件，以區(qū)分來料是搖枕還是側(cè)架，由于搖枕來料高點(diǎn)位置較高，兩組光電開關(guān)同時(shí)感應(yīng)信號(hào)，而側(cè)架來料高點(diǎn)位置較低，只有一組光電開關(guān)感應(yīng)信號(hào)，這樣可以準(zhǔn)確區(qū)分來料是搖枕還是側(cè)架，對(duì)應(yīng)搖枕和側(cè)架配備兩套程序控制合芯作業(yè)。

由于所有動(dòng)作要求平穩(wěn)無沖擊，并且動(dòng)作大多分為兩步，即第一步快速行程，第二步緩慢到位，所以控制方面采用接近開關(guān)檢測各動(dòng)作是否到達(dá)相應(yīng)位置。

對(duì)于要求精確的行程，如芯盒合芯準(zhǔn)確到位，采用精度較高的編碼器計(jì)量行程（見圖7），控制芯盒升降動(dòng)作運(yùn)行和停止，同時(shí)應(yīng)用壓力繼電器檢測進(jìn)一步確認(rèn)各動(dòng)作是否真實(shí)到位，從而保證合芯動(dòng)作的安全性和準(zhǔn)確性。

7. 使用效果分析

搖枕、側(cè)架通用型合芯機(jī)作為制芯生產(chǎn)線的主機(jī)，在搖枕、側(cè)架等核心關(guān)鍵件的生產(chǎn)中起到了重要作用，相對(duì)于以往工藝及裝備的應(yīng)用，顯著提高了該類產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

該裝備總的特點(diǎn)是：定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，自動(dòng)化程度高，可調(diào)整性強(qiáng)，產(chǎn)品通用性強(qiáng)，易于操作，安全性強(qiáng)，環(huán)保效果好，并且通過外觀的造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)商品化。該裝備系統(tǒng)具有較高的技術(shù)含量，目前在國內(nèi)和鐵路系統(tǒng)內(nèi)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，已經(jīng)在貨車行業(yè)多個(gè)廠家獲得推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)我國鐵路貨車提速重載發(fā)揮了重要作用，該項(xiàng)技術(shù)在鐵路系統(tǒng)內(nèi)外將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

圖5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意

圖6 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)現(xiàn)場

圖7 編碼器檢測裝置生產(chǎn)現(xiàn)場