緩沖器楔塊組裝裝置的設(shè)計與開發(fā)探究

曹孔玉

（青島杰瑞工控技術(shù)有限公司，山東 青島 266061）

高速、重載是我國鐵路發(fā)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(wěn)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(wěn)定、壽命長等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)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(gòu)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(cè)面，將銅條鑲?cè)氚疾?，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(shè)計開發(fā)一種楔塊銅條組裝裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)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(nèi)圓彈簧10、復(fù)原彈簧11等組成，如圖1所示。

圖1 MT-2緩沖器結(jié)構(gòu)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(gòu)，消耗吸收動能。當緩沖器遇到?jīng)_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(gòu)產(chǎn)生卡滯。

2 楔塊組裝裝置開發(fā)

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(shè)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(jié)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(zhì)量較小，無須大壓力作業(yè)，所以選擇結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝維護的氣動元件，根據(jù)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(guān)、電磁閥、光電開關(guān)等電信號傳送至上位機，上位機根據(jù)輸入信號輸出下一步信號，進行有序組裝。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成所示。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(dǎo)向柱等組成，采用電動模組帶動楔塊夾持裝置在左側(cè)楔塊上料位和右側(cè)壓裝位之間移動。點膠及銅條上料模塊的功能為實現(xiàn)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(nèi)，主要由壓頭、下壓氣缸、壓機底座、導(dǎo)向機構(gòu)等組成，待真空吸盤將銅條放入楔塊槽內(nèi)，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(jié)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(guān)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(nèi)噴膠，噴膠完成后氣缸復(fù)位，復(fù)位信號傳至上位機，上位機驅(qū)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(fā)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(fù)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(fù)位，然后重復(fù)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(fù)步驟1～5繼續(xù)工作。

圖3 工作流程參考示意圖

3 裝置關(guān)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(fù)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(shù)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(jīng)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(jié)語

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