機(jī)車總成臺(tái)位橫跳板提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫坤豪

摘要：針對(duì)現(xiàn)有機(jī)車總成臺(tái)位橫跳板高度阻擋了機(jī)車側(cè)墻、端墻和司機(jī)室進(jìn)入臺(tái)位焊接和人工用天車起吊橫跳板費(fèi)時(shí)費(fèi)力且存在一定安全隱患問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種用于橫跳板提升機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)軌、托架和電氣控制系統(tǒng)等組成。機(jī)車總成臺(tái)位增加了該提升機(jī)構(gòu)后，在人工輔助推動(dòng)下，即可實(shí)現(xiàn)橫跳板從臺(tái)位導(dǎo)軌上過(guò)渡到提升機(jī)構(gòu)托架上并鎖緊，在電氣控制系統(tǒng)作用下，橫跳板可隨托架一起上升或下降。通過(guò)該提升機(jī)構(gòu)，以上兩問(wèn)題得以解決。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該提升機(jī)構(gòu)操作方便，運(yùn)動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)可靠。

關(guān)鍵詞：機(jī)車;橫跳板;臺(tái)位;底架

0? 引言

機(jī)車總成臺(tái)位，是指在進(jìn)行機(jī)車上底架、側(cè)墻、端墻、司機(jī)室等部件總組焊接工序時(shí)[1]，在機(jī)車兩側(cè)所搭建的可供多人在其上作業(yè)的平臺(tái)。人站在這個(gè)平臺(tái)上可進(jìn)行車頂處焊縫、側(cè)墻、端墻上部附件及司機(jī)室等部位的焊接、打磨和檢查工作。其中，為了方便在機(jī)車兩側(cè)平臺(tái)間快速通行，在臺(tái)位中間，一般通過(guò)橫跳板將兩側(cè)平臺(tái)連接起來(lái)。一方面，橫跳板在臺(tái)位縱向方向上可通過(guò)軌道移動(dòng)，以滿足不同長(zhǎng)度機(jī)車車型的兩端頭司機(jī)室的焊接、焊縫打磨及檢查需要;另一方面，人員可通過(guò)橫跳板，快速?gòu)囊粋?cè)平臺(tái)過(guò)渡到另一側(cè)平臺(tái)，大大節(jié)約了工人從樓梯處上下平臺(tái)從而在兩側(cè)平臺(tái)間互換位置的時(shí)間。當(dāng)下，隨著我國(guó) “智能制造2025計(jì)劃“的提出，機(jī)械自動(dòng)化已經(jīng)在各行業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，基于現(xiàn)有機(jī)車生產(chǎn)的廠房高度和臺(tái)位高度，橫跳板安裝在臺(tái)位軌道上時(shí)，由于橫跳板的高度太高，廠房?jī)?nèi)天車無(wú)法實(shí)現(xiàn)將機(jī)車側(cè)墻、端墻和司機(jī)室等組焊件吊至臺(tái)位內(nèi)底架上進(jìn)行總組焊接，人工用天車起吊橫跳板至空余位置時(shí)，不僅費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且如果在臺(tái)位附近有其他工人作業(yè)時(shí)，還存在著一定的安全隱患，除此之外，用人工起吊的方式不再符合現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。針對(duì)上述存在的現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種用于橫跳板提升的機(jī)構(gòu)，用于解決上述問(wèn)題。

1? 提升機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)

該提升機(jī)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，即將整個(gè)機(jī)構(gòu)分成幾個(gè)獨(dú)立的模塊單元，各單元間相互獨(dú)立，又相互協(xié)同工作，方便后續(xù)制造和檢修。提升機(jī)構(gòu)整體安裝在臺(tái)位的一側(cè)，通過(guò)螺栓安裝在臺(tái)位端部立柱的上部橫梁上。其在臺(tái)位上的安裝位置見圖1所示。該提升機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架、升降機(jī)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)、托架、導(dǎo)軌和電氣控制系統(tǒng)等組成，其作用是在機(jī)車總成焊接時(shí)將橫跳板位置下降一定高度，為機(jī)車側(cè)墻、端墻和司機(jī)室等的焊接預(yù)留出通道。其中，機(jī)架由兩側(cè)對(duì)稱布置的框架式立柱組焊件組成，機(jī)架是整個(gè)提升機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，為了保證其具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其材料選擇H型鋼焊接，為了防止機(jī)架的過(guò)快腐蝕，對(duì)機(jī)架表面除了加工面整體做了油漆的表面處理，為了保證兩側(cè)立柱在對(duì)中（橫向）方向上可調(diào)，在立柱下部安裝板上開有腰形孔，為了保證兩側(cè)立柱在縱向方向上可調(diào)，將立柱組焊件整體用螺栓安裝在地面的T型槽內(nèi);升降機(jī)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)主要由升降機(jī)、絲桿、銅螺母等組成，整體通過(guò)螺栓安裝在機(jī)架的上部，作用是為提升機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力和傳遞動(dòng)力，為了控制傳動(dòng)系統(tǒng)的成本，本次的升降機(jī)選擇普通的電機(jī)，為了保證兩側(cè)提升的同步性，在電機(jī)上增加了編碼器控制，為了防止電機(jī)從機(jī)架上落下出現(xiàn)事故，在電機(jī)上安裝有防墜落繩;托架作為提升機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)螺栓安裝在導(dǎo)軌滑塊上，其上有導(dǎo)軌和鎖緊裝置，能將橫跳板可靠地固定在托架上，托架作為提升橫跳板的載體，為了降低自身重量，同時(shí)還要保證其具有足夠的強(qiáng)度和剛度，其材料選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼40×3方管制作，為了保證托架和機(jī)車臺(tái)位上軌道的完美對(duì)接，在托架的上部設(shè)計(jì)有跟機(jī)車臺(tái)位軌道尺寸相同的軌道，為了提高托架的防腐能力，除了安裝面做底漆外，整體對(duì)托架表面做了油漆;機(jī)架上導(dǎo)軌屬于精密型零部件，在實(shí)際應(yīng)用中已標(biāo)準(zhǔn)化，本次選擇國(guó)內(nèi)成熟品牌，質(zhì)量得到保證。提升機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)組成見圖2所示。

2? 提升機(jī)構(gòu)的工作原理

在本次提升機(jī)構(gòu)中，托架直接和升降機(jī)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)中銅螺母相連，在電機(jī)工作情況下，托架會(huì)隨銅螺母一起上升或下降。在提升機(jī)構(gòu)立柱上離地面1.3米高度的位置，設(shè)有電氣控制的“上升“、“下降”、“急停”三個(gè)按鈕，通過(guò)升降機(jī)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)，分別控制托架的上升、下降和停止動(dòng)作。在托架導(dǎo)軌上遠(yuǎn)離臺(tái)位側(cè)的端部設(shè)計(jì)有機(jī)械限位鎖緊裝置，通過(guò)電氣控制及限位開關(guān)，可控制托架導(dǎo)軌面與臺(tái)位導(dǎo)軌面齊平位置處實(shí)現(xiàn)自鎖。在機(jī)車端墻、側(cè)墻等要進(jìn)入臺(tái)位底架上組焊時(shí)，通過(guò)手動(dòng)推動(dòng)橫跳板，即可實(shí)現(xiàn)橫跳板從臺(tái)位導(dǎo)軌上過(guò)渡到提升機(jī)構(gòu)托架上部導(dǎo)軌并鎖緊，按下下降按鈕，在絲桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)下橫跳板隨托架一起下降一定的高度，為機(jī)車端墻、側(cè)墻預(yù)留出通過(guò)位;當(dāng)不需要為機(jī)車側(cè)墻、端墻和司機(jī)室等避位，而需要將橫跳板送回臺(tái)位軌道上供工人兩側(cè)通行時(shí)，按下上升按鈕，即可實(shí)現(xiàn)橫跳板復(fù)位。

3? 托架的強(qiáng)度驗(yàn)證

在提升機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中，托架的作用就像是一個(gè)載體，當(dāng)橫跳板從臺(tái)位軌道上過(guò)來(lái)時(shí)，最終是落在托架軌道上，隨托架一起上下移動(dòng)的。同時(shí)，托架還需要具有限位功能，保證橫跳板在托架上完全定位，防止其從托架上落下，造成不必要的事故。為此，在托架的軌道外側(cè)一端設(shè)有限位擋塊，阻擋橫跳板從托架上落下;在托架導(dǎo)軌的另一端，設(shè)計(jì)有可拆卸的鎖緊裝置，當(dāng)橫跳板完全落在托架軌道上時(shí)，可以通過(guò)鎖緊鎖緊裝置，解決了橫跳板的定位要求。另外，為了保證托架的強(qiáng)度問(wèn)題，同時(shí)，為了減輕托架自身的重量，本次托架的材料選擇40×3方管Q235A材質(zhì)組焊而成，對(duì)于托架的強(qiáng)度，我們必須對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)軟件SOLIDWORKS中simulation模塊近似模擬，橫跳板的重量為800kg，本次為了驗(yàn)證托架的強(qiáng)度，我們?nèi)M跳板的重量為1000kg計(jì)算，作用在單個(gè)托架上的重量也按1000kg計(jì)算。在受力分析過(guò)程中，我們?cè)O(shè)定托架上絲桿孔處固定，作用力作用在托架導(dǎo)軌面上，經(jīng)過(guò)對(duì)托架進(jìn)行固定約束、施加載荷、對(duì)托架進(jìn)行劃分網(wǎng)格等步驟，最終得出托架受力分析和模擬結(jié)果，單個(gè)托架在受力作用下的應(yīng)力結(jié)果圖3所示，位移圖結(jié)果如圖4所示。

通過(guò)圖3可以得知，托架在受1000kg作用力下，所產(chǎn)生的最大應(yīng)力小于材料的屈服應(yīng)力，通過(guò)圖4可以得出，托架在受1000kg力作用下，產(chǎn)生的最大變形僅為1.6mm，這個(gè)結(jié)果可以接受，由此可以得出，本次所設(shè)計(jì)的托架實(shí)際受力能夠滿足橫跳板的承載要求，橫跳板在托架上，其強(qiáng)度完全能滿足要求。

4? 結(jié)語(yǔ)

本提升機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，其可操作性、穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可靠性得到了認(rèn)可，解決了機(jī)車在總組焊工序中側(cè)墻、端墻和司機(jī)室等組焊件無(wú)法進(jìn)入臺(tái)位焊接、人工用天車起吊橫跳板費(fèi)時(shí)費(fèi)力且存在一定安全隱患的問(wèn)題。

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