淺述一種新型壓入工裝研發與應用

孫淼

（山東能源重裝集團泰裝工程裝備制造有限公司，山東 泰安 271000）

隨著機械行業的快速發展對機械裝配工藝的要求在不斷提高，而現在裝配工藝能否滿足要求，能否快速有效地完成工作任務，完全取決于裝配工藝水平。其中關鍵部件的裝配工藝方法是整體產品質量的重要控制點。由于在牽引車裝配過程中，制動一體輪轂螺栓裝配方法是依靠人工錘擊，安裝后會出現不一致的現象，從而造成整車裝配工作效率的下降，所以對于輪轂螺栓壓入裝配技術的研究非常有必要的。

1 設計背景

近年來，公司研發了新型陽極牽引車，該產品作為公司的拳頭產品，已批量投入生產。在生產過程中，部分零部件裝配質量得不到保證，其中新型制動一體輪轂是該產品的關鍵件，質量核心控制點。輪轂螺栓現有裝配方法采用人工逐個目測車輪螺栓的部位，對準輪轂法蘭面上的安裝孔，利用鐵錘將車輪螺栓逐個砸入到輪轂上，這種方式存在以下缺點：由于每個輪轂螺栓都需要人工目測去核對輪轂環形槽的安裝位置，工作效率低下、勞動強度大、安全性低；經常出現由于目測不準確，輪轂螺栓未能垂直壓入，發生位置偏移，輕微的需要將螺栓從輪轂螺栓孔內撬出后重新壓裝，嚴重的甚至會損壞輪轂螺栓及輪轂。

在陽極牽引車使用中保證車輛制動性能至關重要，同時為了進一步提高裝配精度，降低勞動強度和裝配難度，進一步提高生產效率，必須保證其裝配質量。

2 設計情況介紹

（1）現今輪轂結構和安裝要求，大部分機動車安裝盤式制動器（也稱為剎車盤），其通常由金屬、碳或陶瓷材料制成，并與輪轂緊密連接。當制動時，位于盤狀部件一對剎車片壓向盤狀部件，對盤狀部件施壓，產生摩擦使車減速。而現有的盤式制動裝置一般是通過多個周向均布的輪轂螺栓將輪轂、制動盤和輪軸端部處的法蘭盤固定安裝在一起，各輪轂螺栓的旋緊力矩一般要求要均一，才能保證制動盤各處與卡鉗制動時的穩定性，如果車輪螺栓的擰緊力矩過低，行駛時車輪螺栓會松開，有引發事故的危險，故影響裝配維修效率和裝配質量。

新型陽極牽引車現有輪轂結構（如圖1）根據車輛使用安全性設計，制動盤與輪轂一體，平行排列。制動盤與輪轂法蘭盤一體同軸平行，制動盤直徑為460mm，輪轂法蘭盤直徑為410mm，兩者僅僅差距50mm，上下間距也僅有134mm。安裝時，在輪轂法蘭面上需要均布安裝12個螺栓，其安裝位置在內側垂直方向，無法使用普通壓力機及拉馬等設備。

圖1

（2）設計分析及結構

根據裝配要求首先分析了輪轂螺栓與安裝孔過盈配合公差，孔徑為φ20E8,上下公差為+0.073、+0.04，螺栓（如圖2）為自主設計尺寸，裝配連接處為圓環型，要求緊密配合性強，又通過分析各項影響壓入力值的參數（如表1），計算了輪轂螺栓壓入力值。

圖2

表1

12 結合面最大單位壓力（N/mm2） Pfmax 14.8148 13 壓入力（kg） P 94.98

壓裝所需的壓力一般為壓入力的3～3.6倍，選定了反拉千斤頂的噸位為5T，然后設計了螺栓固定形式和壓入結構（如圖3）。

圖3

設計按照壓入力值選用滿足屈服強度和抗拉強度的材料，結構既能滿足裝配要求，又能最大程度節省成本。工裝主要采用左右對稱反提拉式結構，由上平板、下壓緊板同步裝置、加強筋、支撐圓板組成。分兩部分壓緊固定，下壓緊板底部分別對2個螺栓進行固定。裝配時先將螺栓放入定型中間區域，將平頭一邊對正軸心，放入安裝孔，2個對稱位置的螺栓為一組，再將輪轂法蘭面放上支撐圓板墊平，最后在中心放置千斤頂，通過起升作用，利用工裝反作用力，將2個對稱螺栓同步壓入到位，最大程度保證了輪轂螺栓裝配效果。

3 設計使用效果

該工裝的成功研制，保證了工件的裝配質量，提高了生產效率。工裝使用后,螺栓安裝更加便捷，原來2個人1個小時完成，現在1個人0.5小時完成，提高了生產效率，降低了勞動強度，操作安全性增加，保證了整體產品質量，為提高工作性能提供了強有力的保障。

4 設計的應用和提升

本套螺栓壓入工裝的成功研制也可以在同類結構產品中推廣應用。關系陽極牽引車使用功能的另一關鍵件，整車提升裝置搖臂，搖臂總裝配前，需要在舉升連接孔安裝鋼套，鋼套在機械傳動過程中起到固定和減小載荷摩擦系數的部件，該鋼套與連接孔配合為過盈配合。安裝中安裝難度系數大，傳統方式采取鐵錘錘入，工作效率低下，勞動強度大，安全性低。

為了更好地提高生產效率，降低勞動強度，鑒于螺栓壓入工裝在生產中應用良好，為了最大程度的發揮工裝的設計成果，該結構應用拓展設計了鋼套壓入工裝。

4.1 設計背景

陽極牽引車的主要功能是實現鋁材陽極的搬運，車輛有承載力大、運輸速度慢的特點。在陽極運輸裝卸中，通過陽極托盤作為承載，放置在后車架上，后車設計提升功能機構（如圖4），利用前后搖臂連桿與液壓油缸的推動力控制托盤的舉升和降落，實現陽極的裝卸，并保證在車輛運輸中的穩定性。其中搖臂的安裝至關重要，搖臂中的鋼套設計起到了固定和抗磨損的作用，可以說其組裝質量直接影響到整車的功能性，其重要性不言而喻。

圖4

4.2 設計結構與使用效果

提升搖臂分為2種，前后搖臂外形不同，尺寸存在差異（如圖5、圖6），內鋼套尺寸也不相同，其差異設計是為了讓托盤在舉升和降落工作時，穩定承載重心，保證其承載力均布，平穩上下運動。

圖5

圖6

工裝設計首先根據提升搖臂與鋼套過盈配合尺寸，進行了壓入力的計算，確定了材料屈服強度和抗拉強度規格，然后應用拓展螺栓壓入工裝的結構，設計了鋼套壓入結構（如圖7），其利用千斤頂牽拉回力對鋼套實施壓入。該結構上下板采用了高強度板材，中間用160*63*6.5槽鋼作為支撐梁，為了防止使用中作用力變形，在上部加焊了承力加強板，經過材料力學分析，選用了200*100*7工字鋼，保證適合作用力范圍工件的穩定性。設計后，生成三維模型，模擬實際作用力情況，進行了結構有限元分析，充分驗證了工裝結構及使用情況，保證了工裝的可靠性和實用性。工裝生產投入使用前，制定了工裝使用操作規程，指導一線進行操作，保證了使用效果。

圖7

工裝使用后，因其結構操作簡便，裝配過程中不產生噪音，維護了車間裝配環境，同時達到了6S管理標準，最大程度降低了工人勞動強度，操作時間由原來2人10分鐘，現在提高到1人5分鐘，大大提高了生產效率，操作安全性得到了保障，為公司創造了經濟效益。