緩沖器楔塊組裝裝置的設計與開發探究

曹孔玉

（青島杰瑞工控技術有限公司，山東 青島 266061）

高速、重載是我國鐵路發展的兩個方向，緩沖器作為傳遞動力、吸收沖擊動能、減小振動的裝置，直接影響車輛運行的平穩性和安全性。MT-2型緩沖器具有阻抗低、容量大、吸收率高、性能穩定、壽命長等優點，被廣泛應用在C63型、C76型、C80型重載貨車以及70T級貨車上。

楔塊作為MT-2型緩沖器摩擦機構的重要組成部分，其安裝前需要用N-2膠涂抹在楔塊凹槽側面，將銅條鑲入凹槽，壓緊黏合，黏合放置時間不低于10h才能進行組裝。目前楔塊組裝是靠人工刷膠，手動放置銅條，然后對銅條進行敲緊。組裝過程勞動強度大，并且存在涂膠不均、銅條固定不牢的情況。另外，由于緩沖器組裝對零件清潔度要求較高，手動組裝時工人需注意防護，保證楔塊、銅條表面無油污，影響組裝效率。

針對以上問題，設計開發一種楔塊銅條組裝裝置，能夠實現銅條自動上料、自動涂膠與自動壓裝，涂膠不均、銅條固定不牢的情況得到避免，且降低了工作強度，提高了工作效率。

1 MT-2型緩沖器簡介

MT-2緩沖器由中心楔塊1、外固定板2、楔塊3、銅條4、固定斜板5、動板6、彈簧座7、角彈簧8、外圓彈簧9、內圓彈簧10、復原彈簧11等組成，如圖1所示。

圖1 MT-2緩沖器結構示意圖

中心楔塊和兩個楔塊、固定斜板、彈簧座共同組成一組摩擦機構，消耗吸收動能。當緩沖器遇到沖擊時，從板對中心楔塊1傳遞沖擊，中心楔塊1和楔塊3沿著固定斜板5滑動，同時夾緊動板6，楔塊3移動一段距離后，和動板6一起移動。楔塊3上壓有銅條4，具有固體潤滑作用，可防止摩擦機構產生卡滯。

2 楔塊組裝裝置開發

2.1 裝置功能分析

由于每個緩沖器裝2個楔塊，所以將裝置設計為單次組裝2個楔塊。裝置目標功能包括楔塊上料、自動涂膠、銅條抓放、銅條壓裝等。為節省運動空間，楔塊銅條分別沿X、Y方向上料，點膠膠頭與銅條除了滿足Y方向移動外，均需滿足Z軸方向位移自由度。

銅條入槽的精度要求較高，楔塊和銅條的運輸均選擇電動模組，選擇西門子伺服電機。由于楔塊銅條質量較小，無須大壓力作業，所以選擇結構簡單、便于安裝維護的氣動元件，根據楔塊形狀選擇夾爪進行固定，銅條抓取采用真空吸盤，點膠膠頭和銅條的傳遞、壓頭下壓均采用氣缸控制。組裝過程中伺服電機、磁性開關、電磁閥、光電開關等電信號傳送至上位機，上位機根據輸入信號輸出下一步信號，進行有序組裝。

2.2 裝置結構組成

楔塊組裝裝置由機架、楔塊夾持模塊、點膠及銅條上料模塊、壓裝模塊、輸送模組等部分組成，如圖2裝置結構組成所示。

圖2 裝置結構組成

機械框架采用60×3方管搭建，整體牢固可靠。楔塊夾持裝置的功能為實現楔塊的固定與輸送，由楔塊承接板、氣動夾爪、壓縮彈簧、直線軸承、導向柱等組成，采用電動模組帶動楔塊夾持裝置在左側楔塊上料位和右側壓裝位之間移動。點膠及銅條上料模塊的功能為實現點膠與銅條的抓取釋放，主要由運動氣缸、點膠閥、吸盤等組成，點膠閥、吸盤通過安裝附件安裝在運動氣缸上，運動氣缸安裝在模組上，可在壓裝位與銅條上料位之間移動。壓裝模塊的功能為將銅條壓緊在涂完膠的楔塊凹槽內，主要由壓頭、下壓氣缸、壓機底座、導向機構等組成，待真空吸盤將銅條放入楔塊槽內，下壓氣缸帶動壓頭壓緊銅條和楔塊。

2.3 裝置工作流程分析

下文結合圖2和圖3對楔塊組裝裝置工作流程進行分析：（1）首先進行楔塊上料，楔塊夾持模塊初始位置位于模組5左端，將楔塊放置在承接板上，啟動氣爪夾緊，楔塊隨模組滑塊行至點膠位；（2）利用直線振動帶將銅條送至上料位，吸盤氣缸5到達銅條上料位向下運動，真空吸盤4吸取銅條，氣缸上移直到上端磁性開關檢測到到位信號，模組帶動氣缸左移，直到點膠閥7來到楔塊2凹槽右端正上方；（3）點膠氣缸6下移，點膠閥按照程序向楔塊2槽內噴膠，噴膠完成后氣缸復位，復位信號傳至上位機，上位機驅動模組伺服電機，帶動氣缸左移，吸盤氣缸5來到楔塊凹槽上方，發出銅條到位信號；（4）吸盤氣缸5接收銅條到位信號，帶動真空吸盤4下移直到銅條入槽，真空吸盤釋放銅條，吸盤氣缸5復位，電動模組帶動點膠氣缸右移至銅條上料位，準備下一次抓取；（5）下壓氣缸帶動壓頭下移，壓緊銅條后氣缸復位，然后重復以上步驟，對楔塊1進行點膠鑲銅條；（6）楔塊1、2全部壓裝銅條完成，工作人員取下楔塊并給出信號，使楔塊承接板隨運輸線模組回到楔塊上料工位，重復步驟1～5繼續工作。

圖3 工作流程參考示意圖

3 裝置關鍵件選型校核

在楔塊夾持模塊（圖4），楔塊承接板需沿模組往復運動，其高度需高于支撐基座，此處采用懸浮模式，承接板通過直線軸承和圓線螺旋彈簧，固定在模組滑塊上。要求放置楔塊后，承接板與支撐基座之間仍保留一定間隙。另外，壓裝氣缸下壓銅條時需克服彈簧壓力。

圖4 楔塊夾持模塊

壓縮彈簧選擇米思米UBB-D16-L40，彈性系數K=19.6。下壓氣缸選擇費斯托DSBC-125-200-PPVA-N3，6bar時理論值，推進力7363N，返回力6881N。

經測量計算，承接板、楔塊、平行氣爪等附件共10kg，由4根彈簧支撐，每根彈簧25N力。變形量x=25/19.6=1.28mm，變形后支撐板與支撐基座仍有5mm余量，彈簧滿足要求。

下壓氣缸滿行程下壓200mm時，彈簧總壓縮量5+1.28=6.28（按7mm計算）。單個模組上壓力F=4Kx=550N,下壓總力2F=1100N，氣缸推力遠大于1100N，滿足要求。氣缸上升時，只需克服氣缸連接桿、法蘭頭、壓頭、滑塊連接板等附件自重，總重為：2+2+3.7×2+6.75=18.15kg，遠小于氣缸返回力，滿足要求。

4 結語

為實現MT-2緩沖器楔塊自動化組裝，對楔塊組裝裝置進行開發，包括功能分析及整體結構設計，對裝置工作流程進行分析，并對關鍵件進行校核。裝置結構簡單，自動化程度高，實現了楔塊銅條自動化上料、點膠和銅條壓裝，解決了現有工藝中涂膠不均、人工干預多、壓裝不牢靠且存在安全隱患的問題。