一種多工位自動翻轉(zhuǎn)組焊裝備的研制

□ 張海燕 □ 左淑莉 □ 李寶旺 □ 姚明哲

唐山軌道客車有限責任公司 制造技術(shù)中心 河北唐山 064000

目前鐵路客車車型種類繁多，包括高速動車組、城軌、地鐵等，且產(chǎn)品升級非常快。由于鋁合金具有質(zhì)量輕、強度高、密封性能好的特點，其車體大多采用大型中空鋁合金型材焊接而成。

鋁合金車體三大部件主要包括車頂、左右側(cè)墻和底架，而且每個部件都要經(jīng)過正反裝焊接工序，也就是說，如果要完成一組上述部件的焊接，需專用工裝8套，要投入大量資金及場地，很大程度上限制了技術(shù)的更新，所以一種多工位、多功能的自動化、柔性化自動焊接裝備的研制顯得至關(guān)重要。

1 工裝總體結(jié)構(gòu)

分析車體大部件主要結(jié)構(gòu)尺寸特點、焊接工藝及日后產(chǎn)品升級的需求，確定工裝整體采用橫梁陣列結(jié)構(gòu)，需機械、電氣、液壓、氣動技術(shù)綜合應(yīng)用，產(chǎn)品的水平頂緊及上壓緊采用液壓形式，滾筒式旋轉(zhuǎn)支撐梁轉(zhuǎn)動采用氣動形式，以改變工裝支撐板的輪廓，可以適應(yīng)多種產(chǎn)品的焊接。

2 各裝置設(shè)計方案

考慮到工裝標準化、系列化、通用化的要求，采用模塊化組合結(jié)構(gòu)，主要分為縱向基礎(chǔ)梁裝置、滾筒式旋轉(zhuǎn)支承裝置、上壓緊裝置、水平拉緊裝置等幾個主要部分（如圖1所示）。

2.1 縱向基礎(chǔ)梁

如圖2所示為縱向基礎(chǔ)梁，是整個工裝的高度安裝基準，每根長3 m，整體縱梁長24 m，縱梁間用高強度螺栓連接。

縱梁整體安裝后平面度要求小于0.5 mm，這就需要從設(shè)計結(jié)構(gòu)上要充分考慮便于調(diào)整和定位。因此縱向梁下部安裝板每端用4個M16螺栓與地面預埋鐵內(nèi)T型螺栓連接，每端用兩個M20螺栓調(diào)整高度，從而精確保證安裝要求。

2.2 滾筒式旋轉(zhuǎn)支承

如圖3所示為滾筒式旋轉(zhuǎn)支承，兩端與縱梁連接，滾筒設(shè)計成鏤空形式，在內(nèi)部套筒上均勻焊接隔板，在隔板圓周方向出槽口，用來焊接立板形成安裝位置，各種產(chǎn)品定位支承塊就可安裝在沿圓周方向的8個槽中。

如圖4所示為滾筒端部結(jié)構(gòu)，端部加工出星形滑槽，氣缸勾貝頭部滑入其中，通過氣缸伸縮帶動滾筒自動旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不同部件、不同工件的焊接轉(zhuǎn)換。

2.3 上壓緊裝置

如圖5所示為上壓緊裝置，安裝在側(cè)梁上，每側(cè)安裝12個，采用液壓缸壓緊，上壓緊裝置采用套筒形式，可自由旋轉(zhuǎn)。壓緊臂是兩個穿入的矩形管，小矩形管四周裝有滑道，與外部矩形管內(nèi)側(cè)滑動摩擦。

▲圖1 多工位自動翻轉(zhuǎn)組焊裝備

▲圖2 縱向基礎(chǔ)梁

圖6 為鋁合金側(cè)墻焊接時的工作狀態(tài)，滾筒上部安裝與側(cè)墻形狀相同的幾個支承塊用于支承。由于鋁合金大部件都是由幾塊型材拼焊而成，所以小矩形管可通過人工伸縮到需要壓緊的位置。當焊接完成需松開上壓緊裝置時，液壓缸桿縮回，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臂超過90°避開工件出胎。

2.4 水平拉緊裝置

如圖7所示，水平拉緊裝置安裝在兩側(cè)縱梁上，拉緊橫梁由兩根槽鋼拼接形成相對封閉的型腔，橫梁一端為固定定位塊，用螺栓與橫梁連接，用于定位鋁合金大部件一側(cè)，橫梁另一端可在橫梁內(nèi)部型腔中滾動，其動力來自于液壓水平拉緊缸，可用于大部件的拉緊，使大部件在焊接前預制出所需的撓度。

▲圖3 滾筒式旋轉(zhuǎn)支承

▲圖4 滾筒端部

▲圖5上壓緊裝置

▲圖6 側(cè)墻焊接工作狀態(tài)

▲圖7 水平拉緊裝置

3 液壓系統(tǒng)工況分析及主要技術(shù)參數(shù)

3.1 載荷的組成

該組焊裝備主要采用鋁合金大部件的焊接，以側(cè)墻為例，由5塊25 m長的型材插接而成，在焊接時需預制出撓度10～12 mm，側(cè)墻一側(cè)頂住水平拉緊裝置一端固定定位塊（已做出上撓度），另一側(cè)用水平拉緊裝置拉緊。側(cè)墻根據(jù)實際使用要求，設(shè)8組水平拉緊裝置。拉緊完成后，需對側(cè)墻上部壓緊，每側(cè)安裝12組上壓緊裝置。由于側(cè)墻鋁型材強度很高且由5塊插接而成，焊接時反變形量及焊接應(yīng)力都很大，初定工作載荷＞50 kN。

3.2 初選系統(tǒng)工作壓力及流量

根據(jù)載荷的大小及執(zhí)行元件的裝配空間等因素，初定系統(tǒng)工作壓力為10 MPa，流量10 L/min。

3.3 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸

活塞桿受壓時的工作載荷F：活塞桿受拉時的工作載荷F：

式中：P1為液壓缸工作腔壓力，Pa；P2為 液壓缸回油腔壓力，Pa；A1為無桿腔活塞有效作用面積，m2；A2為有桿腔活塞有效作用面積，m2。

綜合考慮系統(tǒng)工作壓力及液壓缸實際工作情況，得到參數(shù)如表1所示。

3.4 液壓泵的選擇

綜合考慮液壓泵的最大工作壓力、流量及總效率，選用變量柱塞泵并確定泵站主要參數(shù)，電機功率為3 kW-4-V1，電機電壓為380 V-50 Hz，油箱容積為100 L，泵站帶風冷卻器。

3.5 液壓閥的選擇

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選取如下規(guī)格：

（1）垂直下壓油缸手動換向閥組：工作壓力為350 bar，流量為50 L/min，二位四通手動控制帶定位。

表1 油缸主要參數(shù)

（2）水平推拉油缸手動換向閥：工作壓力為350 bar；流量為50 L/min；三位四通手動控制帶定位。

4 結(jié)束語

提制多工位自動翻轉(zhuǎn)組焊裝備所涉及技術(shù)涵蓋了機械技術(shù)、電氣技術(shù)、液壓技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感技術(shù)，在工裝上用到了大量的成品件、傳動件、運動件。 由于該工裝技術(shù)含量的提高，因此，對工裝零部件的材質(zhì)、熱處理、加工方法、裝配精度提出了高要求，在制造中，用到了加工中心、線切割、電火花、車銑刨磨等多種加工方法；在組裝過程中，更加強調(diào)組裝順序、組裝技巧。

［1］ 王文斌.機械設(shè)計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［2］ 蔡春源，楊文通.機械零件設(shè)計［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.

［3］ 陶崇德，葛鴻翰.機床夾具設(shè)計［M］.上海:上?？茖W技術(shù)出版社，1988.