長臂架泵車空心銷軸裝配工裝設計與應用

朱 奇，張 鑫，黃宇華

(湖南工業職業技術學院，湖南 長沙 410208)

銷軸聯接是混凝土泵車工作裝置中兩相對運動部件鉸接的主要形式。長臂架混凝土泵車由于輕量化的需要在底架與支腿等大型結構件連接處通常采用大長徑比（銷軸長度與直徑之比）空心銷軸（裝配模型如圖1 所示），而空心銷軸由于內部為通孔結構，導致其比同等承載能力的實心銷軸外徑大，剛性小，裝配要求較高。目前很多企業對空心銷軸的裝配使用銅錘連續敲擊的傳統模式，這種方法容易造成銷軸受力不均，引起銷軸變形，造成銷軸與軸套磨損，操作費時費力[1]。特別對于底架與支腿鉸接處空心銷軸的安裝，由于裝配空間受限，3 個人配合使用銅錘錘擊的方法會顯得更加困難。

圖1 底架、支腿連接銷軸裝配模型示意圖

因此，為底架與支腿連接銷軸的安裝設計一套專門工裝，對提高作業安全可靠性、降低勞動強度、提高工作效率、保證銷軸、軸孔及重要連接件的質量有著積極的作用[2]。

1 銷軸裝配工裝設計總體思路

1）尺寸較小，結構簡單，承載符合要求。

2）操作方便，便于移動攜帶。

3）成本較低。

根據需要實現的功能分析，滿足要求可選的常用機構有：杠桿、液壓傳動、千斤頂和齒輪齒條。杠桿和液壓機構都需要較大的工作空間，液壓傳動價格較貴（液壓缸價格在10 萬元左右），且系統結構復雜；千斤頂行程較小，且速度較慢[3]。因此，要滿足以上3 個條件，在設計上可以選擇純機械式齒輪齒條傳動機構。

2 銷軸裝配工裝設計分析

2.1 工裝結構組成及工作原理

裝配工裝由箱體、齒輪、齒條、軸、軸承、油氈、托盤、棘輪等部件組成，具體結構示意如圖2 所示，模型如圖3 所示。工作時，先將銷軸置于工裝頂部的托盤內并與銷軸孔對正，然后搖動手柄，帶動齒輪、齒條運動，往上頂升銷軸[4]。各主要部件要求如下。

圖2 銷軸裝配工裝結構示意圖

圖3 銷軸裝配工裝模型

1）箱體外觀尺寸大小符合場地要求，考慮作業空間，工裝的高度不能超過500mm。

2)傳動機構(齒輪、齒條)上升行程高于300mm，能承載200kg 以上的載荷，強度滿足要求。

3）自鎖裝置因齒輪、齒條傳動中不具備自鎖功能，如沒有自鎖機構，在工裝使用過程中會出現滑落現象，選用棘輪機構實現自鎖。

2.2 工裝傳動機構設計

齒輪、齒條作為工裝的主要傳動機構，是工裝設計的重點，根據工況要求，對齒輪、齒條、安裝軸等部件進行具體的設計計算。

在齒輪齒條傳動中，齒輪分度圓直徑

式中d——齒輪分度圓直徑；

v——齒輪轉速；

n——齒條上升速度。

其中

式中L——齒條上升距離；

T——齒條完成時間；

n1——齒輪轉動圈數。

將式（2）、式（3）代入式（1）得到

由式（4）可知，齒輪分度圓直徑與齒輪轉速、齒條轉速無關，而是由拖盤達到上升距離所需的齒輪轉動圈數決定的。因此，可以以分度圓直徑作為齒輪的初始設計參數，基于工裝箱體尺寸大小要求，先選定齒輪分度圓直徑，再具體計算齒輪、齒條的基本參數。齒輪安裝軸的直徑可以根據軸所傳遞的扭矩大小確定。傳動機構模型如圖4 所示。

圖4 齒輪、齒條傳動機構模型

2.3 工裝自鎖機構設計

工裝選用棘輪機構自鎖，圖5 所示是本工裝手動式齒輪齒條自鎖機構模型。工作原理：機構工作時，若用手順時針搖動手柄，棘輪順著棘爪上的導向銷軸作順時針方向轉動，齒輪帶動齒條往上運動頂升銷軸；而當松開手柄時，棘爪銷軸在彈簧作用下進入棘輪齒中阻止棘輪與齒輪運動，此時，即使在負載作用下，齒條也靜止不動，實現自鎖。當手柄做逆時針轉動時，往上拉住棘爪銷軸，使棘輪與棘爪銷軸分離，棘輪、齒輪、齒條亦做逆時針轉動，齒條回位。

圖5 銷軸工裝棘輪機構模型

2.4 工裝現場使用效果

工裝整體外觀尺寸符合場地要求，結構簡單、操作方便、移動便捷，操作時將銷軸置于托盤上，1人可以獨立完成安裝，現場使用效果良好。

3 結語

對長臂架混凝土泵車底架、支腿連接處重型空心銷軸的安裝設計了純機械式的裝配工裝。介紹了工裝設計的總體方案、工作原理及具體結構組成，對工裝主要關鍵部件進行了設計分析。現場使用工裝對銷軸進行安裝時，裝配工人由原來的3 人減少至1 人，安裝時間由原來的2h 減少至20min 左右，大大提高了工作效率，降低了勞動強度；同時也提升了作業安全性，保證了銷軸及連接件的質量。工裝結構簡單、操作方便，具有較好的經濟價值和較好的推廣價值。