大客車側圍蒙皮冷張拉設備自鎖緊夾具的研究與應用

高建路

大客車側圍蒙皮冷張拉設備自鎖緊夾具的研究與應用

高建路

（聊城中通輕型客車有限公司，山東 聊城 252024）

大客車側圍蒙皮液壓張拉[1]的設備，其夾具一般為設計為長槽形狀，以使液壓缸對整個夾具施加壓力，造成整個夾具投入成本較高，夾具[2]自重大，在使用時，需輔助支架吊住整個夾具，液壓管路布置較亂，操作者工作環(huán)境差，同量由于夾具的夾具力全部來自液壓缸，在液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定或蒙皮較寬時，其夾緊力不能滿足使用需要，很容易發(fā)生夾具與蒙皮相對滑動[3]、松脫的現(xiàn)象，造成夾緊失效，影響蒙皮張拉質量。文章針對這一問題，對張拉設備進行分析與研究，提出一種全機械、自鎖緊的夾具結構，很好的解決了上述問題。

液壓；夾具；壓力；液壓缸；滑動；松脫；機械；自鎖緊

1 引言

客車的兩側蒙皮是客車的“臉面”，其外觀平整度的好壞，直接反映了整個客車檔次的高低。目前，國內、外客車兩側蒙皮的裝配工藝有兩種：一種是蒙皮冷張拉預應力裝配工藝，另一種是蒙皮電熱張拉裝配工藝。

這種兩種蒙皮裝配工藝，各有優(yōu)、缺點：

冷張拉施加拉力大，蒙皮加工硬化效果好，電能消耗低，施工環(huán)境不受氣候條件的限制，但需要輔助框架支撐或要求車身骨架具有較高的強度來抵消張拉設備的牽引力，冷張拉時蒙皮產生的伸長量和施工過程的縮回量對蒙皮裝配完成后的平整度影響較大，需要工人技術水平高。

熱張拉裝配工藝操做簡單，蒙皮裝配過程中的拉力比冷張拉工藝小，蒙皮的收縮變形要在裝配完成后發(fā)生，但熱張拉蒙皮電能消耗高，夏季工人工作條件差，冬季升溫時間長，工作效率低，不易達到蒙皮所需的溫度，加熱時間受氣溫、蒙皮長度、面積的影響較大，在復雜工作條件下，工人難以掌握其合理的工藝參數(shù)。

比較上述兩種工藝，從裝配效果、電能消耗以及施工可靠性等方面來看，冷張拉裝配工藝要優(yōu)于熱張拉，故現(xiàn)在多數(shù)客車企業(yè)均采用冷張拉裝配的工藝方式。

冷張拉設備的原理是這樣的，客車蒙皮為電鍍鋅鋼板[3]，表面經(jīng)過開卷設備、校平裝置校平，再經(jīng)設備縱剪裁料出來。在裝配前，需用夾具將蒙皮的前、后兩端固定在張拉設備的牽引端和固定端上，再通過張拉設備對牽引端施加一定大小的拉力，牽引端將蒙皮拉長，當蒙皮材料達到屈服極限[4]時，不再加壓，保持拉力不變，此時將蒙皮焊接在客車的骨架上，裝配完成后，蒙皮內部存在一定的殘余拉應力，此力使得蒙皮在焊接完成以后有張緊的趨勢[1]，蒙皮表面更加平整，挺拔，在客車以后的運行過程中，也不會出現(xiàn)鼓動和噪聲，采用此種工藝裝配的蒙皮也叫預應力張拉蒙皮[5]。如圖1所示。

圖1 冷張拉設備的原理示意圖

圖中：101、連接拉桿；102、預緊螺桿；103、上夾具；104、下夾具；109、牽引端；110、固定端；111、蒙皮。

前面提到，冷張拉時蒙皮產生的伸長量和施工過程的縮回量[6]對蒙皮裝配完成后的平整度影響較大，而蒙皮夾具的可靠性很大程度上決定了蒙皮張拉的伸出量，蒙皮夾具一旦出現(xiàn)滑動或夾緊失效，蒙皮表面輕則出現(xiàn)扭曲、不平，重則會出現(xiàn)蒙皮大面積的鼓動，甚至造成蒙皮報廢，很大程度上影響了客車的裝配質量和正常生產。

目前，冷張拉設備大多數(shù)采用液壓系統(tǒng)夾緊的方式，夾具需要設計成長槽形狀，以使液壓缸對整個夾具施加壓力，造成整個夾具投入成本較高，夾具自重大，在使用時，需輔助支架吊住整個夾具，液壓管路布置較亂，操作者工作環(huán)境差；由于夾具的夾具力全部來自液壓缸，在液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定或蒙皮較寬時，其夾緊力不能滿足使用需要，很容易發(fā)生夾具與蒙皮相對滑動的現(xiàn)象，造成夾緊失效。

針對大客車生產企業(yè)面臨的實際問題，需要提供一種新的技術手段或方法，避免在生產過程中出現(xiàn)質量異常，提高一次施工合格率。

2 大客車側圍蒙皮冷張拉設備自鎖緊夾具的研究與應用

2.1 思路與原則

采用純機械機構，在夾緊蒙皮的過程中，先將蒙皮固定在夾具兩瓣之間，再用預緊螺栓將兩瓣夾具緊固，保持相對的間距，在張拉的過程中，蒙皮拖著夾具向后移動，逐漸離開內部的連接拉桿，螺栓固定時，必須采用螺栓緊固的方式，由于連接拉桿具有斜面，現(xiàn)兩瓣夾具具部的接觸斜面呈鍥形機構，在兩瓣夾具的后端有將兩瓣夾具分開的趨勢，但在中間預緊螺栓的固定下，此斜鍥產生的分力通過中間預緊螺栓做為杠桿的支點作用下，轉化成了夾緊蒙皮的力，形成對蒙皮的自鎖緊，此力因拉力的加大而加大，保證的蒙皮在張拉過程中不被松脫、滑出。

2.2 結構設計

冷張拉設備自鎖緊[7]夾具，包括連接拉桿101、預緊螺桿102、上夾具103、下夾具104、螺旋彈簧105，其中，上夾具103、螺旋彈簧105、下夾具104從上到下依次排列，預緊螺桿102穿過上夾具103和螺旋彈簧105、與下夾具104連接；連接拉桿101后端設有楔形塊，楔形塊左右兩側的平面稱為導向面113，楔形塊上下兩側的平面稱為楔形面112；楔形塊位于上夾具103和下夾具104之間，此端稱為張開端114，另一端稱為夾緊端115，上夾具103和下夾具104的張開端114均設有與楔形塊相契合的楔形槽[1]，楔形槽內表面與楔形塊的導向面113相契合的稱為導向面113，與楔形塊的楔形面112相契合的稱為斜平面116；上夾具103和下夾具104的夾緊端115還設有相互嚙合[8]的倒刺齒117。如圖2所示。

圖2 冷張拉設備自鎖緊夾具的爆炸圖

圖中：101、連接拉桿；102、預緊螺桿；103、上夾具；104、下夾具；105、螺旋彈簧；106、凹槽；107、凸臺。

所述上夾具103和下夾具104上均設有彈簧臺階108，螺旋彈簧105兩端分別頂在上夾具103和下夾具104的彈簧臺階108上。

在上夾具13的夾緊端115設有凹槽106，下夾具104的夾緊端115設有與凹槽106相嚙合的凸臺107，設置此結構的目的是在夾裝蒙皮的初期，采用手動擰緊預緊螺桿102的時候將蒙皮夾住，且將夾在兩瓣夾具中間有凸臺107和凹槽106部位的蒙皮壓出高點，阻止蒙皮111輕易的滑動，起到蒙皮111與上夾具103、下夾具104初步定位[9]的作用，以后在加大拉力的過程中，蒙皮111不會產生滑移，只能是自鎖緊的過程。如圖3所示。

圖3 冷張拉設備自鎖緊夾具的整體剖面圖

圖中：101、連接拉桿；102、預緊螺桿；103、上夾具；104、下夾具；105、螺旋彈簧；106、凹槽；107、凸臺；108、彈簧臺階；112、楔形面；116、斜平面。

2.3 具體使用方法

在裝配蒙皮111（客車蒙皮為B280的電鍍鋅鋼板，表面經(jīng)過開卷設備、校平裝置校平，再經(jīng)設備縱剪裁料出來）前，對夾具的狀態(tài)進行檢查，檢查夾具的方向，使夾具夾緊端的方向朝向蒙皮111，預緊螺桿102的手柄朝外，以方便手動擰緊，再將上夾具103和下夾具104推向設備牽引端109的最前位置，再用手逆時針旋轉預緊螺桿102上的手柄，使夾具松開，上夾具103和下夾具104在螺旋彈簧105的壓力下自動分開，在分開15mm左右時停止旋轉。

在安裝蒙皮111時，將蒙皮111放入上夾具103和下夾具104夾緊端115之間，檢查所有夾具的前、后位置是否在一條直線上，蒙皮111是否平整或松動，不符合處做微量調整后，從上至下，依次手動擰緊各預緊螺桿102，然后檢查上夾具103與下夾具104的間隙是否達到5mm之內。然后將蒙皮連接到張拉機構的牽引端109和固定端110上。

在張拉蒙皮111時，張拉機構牽引端109帶動連接拉桿101向左移動，由于連接拉桿101上楔形面的作用，將連接拉桿101的拉力在張開端114產生了兩個分力[10]：一個分力沿牽引力方向向左，帶動夾具向左移動，由于預緊力和凸臺107的共同作用，蒙皮111與夾具之間不能產生相對運動，蒙皮111只能隨著夾具向左移動；另外一個垂直于牽引力方向的分力，將上夾具103與下夾具104的張開端114向上、下張開，由于預緊螺桿102杠桿的作用，使該力的方向在預緊螺桿102處發(fā)生改變，產生了在夾具的夾緊端115向內夾緊的力，使得夾緊蒙皮111的力更加增大，即拉力越大，此夾緊力也越大，充分保證蒙皮111不會滑動或松脫，起到自鎖緊的作用，當張開力與夾緊力產生的力矩相同時，整個夾具只能沿牽引方向向左移動，帶動蒙皮做延伸加長，當達到一定的伸長量時，停止加大拉力，開始進行蒙皮111的焊接。

當卸開蒙皮111時，只需卸載張拉機構牽引端109的的拉力，再將牽引端109輕微向右推，連接拉桿101向上夾具103、下夾具104內移動，里面的空間越來越大，楔形面112與上夾具103、下夾具104的斜平面116逐漸分離，使兩夾具的張開端114合攏，而夾具的夾緊端115會松開，此時，只需用手逆時針松開預緊螺桿102，蒙皮111就會脫出整個夾具，操作十分方便。

3 結論

通過本文研究的冷張拉設備自鎖緊夾具，使用后蒙皮夾緊的可靠性大大得到提高，施工方便、快捷，在蒙皮張拉過程中，不會出現(xiàn)蒙皮滑動或夾緊失效的現(xiàn)象，裝配后的蒙皮更加平整、挺拔，在很大程度上提高了外觀質量和生產效率，同時，本自鎖緊夾具加工容易，成本較低，夾具可靠性的提高，也提高了整個冷張拉設備的可靠性，使設備整體性能表現(xiàn)的更加優(yōu)越。

[1] 陳延河.懸掛式液壓蒙皮張拉機的使用改進[J].機械管理開發(fā), 2019年3期,第38-40頁.

[2] 魯霞,吳卓明.一種工業(yè)機器人多功能夾具[J].機床與液壓,2020年1期第113-115頁.

[3] 蔣浩民,陳新平,吳華,俞寧峰,鮑文華,吳海江.預磷化電鍍鋅鋼板性能指標對沖壓成形的影響研究[J].鍛壓裝備與制造技術,2003年6期,第34-36頁.

[4] 楊綠峰,黃梓琳,解威威.矩形截面齊次廣義屈服函數(shù)及剛架極限承載力[N].華南理工大學學報（自然科學版）,2019年3期,第143- 152頁.

[5] 席玉強.整車車身蒙皮的制作工藝[J].汽車實用技術.2020年6期,第30-35頁.

[6] 李強,王東輝.一種典型航空液壓密封件的數(shù)值仿真和優(yōu)化[J].機床與液壓,2019年1期,第139-144頁.

[7] 李顏平.一種尾架套筒自動機械鎖緊機構[J].制造技術與機床. 2017年10期,第132-134頁.

[8] 常樂浩,賀朝霞,劉嵐,劉清濤.一種確定斜齒輪傳遞誤差和嚙合剛度的快速有效方法[J].振動與沖擊.2017年6期,第157-162,174頁.

[9] 金雪虎,劉武發(fā).有軌正交行走車輛控制系統(tǒng)設計.[J].機械設計與制造.2020年3期,第149-152,157頁.

[10] 向中富,卞明智,梁甜甜,朱慈祥.曲梁在預應力徑向分力作用下的受力分析[N].重慶交通大學學報(自然科學版).2008年6期,第1009-1013頁.

Research and Application of Self-locking Fixture for Cold Tensioning Equipment of Bus Side Panel

Gao Jianlu

( Liaocheng Zhongtong Bus Company Limited, Shandong Liaocheng 252024 )

The clamps of the hydraulic tensioning equipment for the side skin of buses are generally designed in the shape of long grooves, so that the hydraulic cylinder exerts pressure on the whole clamps, resulting in a higher investment cost for the entire clamps, and the clamps are self-weight, when the hydraulic system is unstable or the cover is wide, the clamping force can not meet the need of operation because the clamping force of the fixture is all from the hydraulic cylinder, it is very easy to slip and loosen the clamps and skins, which causes the failure of the clamps and affects the quality of the skin stretching. In this paper, the tensioning equipment is analyzed and studied, and a fully mechanical and self-locking structure of the clamps is proposed, well, that solves all of that.

Hydraulic pressure;Clamps;Pressure;Hydraulic cylinder;Slippage;Disengage; Machinery;Self-locking

A

1671-7988(2020)24-160-03

TG757

A

1671-7988(2020)24-160-03

高建路（1975-）男，工程技術應用研究員，技術中心副主任，就職于聊城中通輕型客車有限公司，主要研究方向：客車制造工藝與汽車工程。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.052

CLC NO.: TG757