汽車制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置設(shè)計(jì)

梁 宏 ，高 濤

( 1.湖北華陽汽車制動(dòng)器股份有限公司 綜合管理部，湖北 十堰 442000；2.湖北華陽汽車制動(dòng)器股份有限公司 技術(shù)中心，湖北 十堰 442000)

汽車制動(dòng)器的關(guān)鍵零件是制動(dòng)蹄。制動(dòng)蹄的材料為高強(qiáng)度鋼，在出廠前要求打印標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)的打印深度為1 mm。工業(yè)常用的打標(biāo)設(shè)備有激光打標(biāo)機(jī)和氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)。激光打標(biāo)機(jī)的雕刻深度一般在0.3 mm以內(nèi)。打印深度較大的標(biāo)識(shí)需采用氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)，但氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲很大，通常為110～115 dB(A)，對(duì)現(xiàn)場操作人員的健康影響不可低估。國家為防治工業(yè)企業(yè)噪聲污染，改善聲環(huán)境質(zhì)量，頒布了《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》，制定了《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放國家標(biāo)準(zhǔn)》等，要求有關(guān)部門嚴(yán)格遵守噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，限制和治理噪聲污染。為改善工人的工作環(huán)境，解決目前生產(chǎn)中存在的氣動(dòng)機(jī)噪聲污染問題，本文擬通過調(diào)研、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，對(duì)制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)與降噪的環(huán)保設(shè)備進(jìn)行研究。

1 功能指標(biāo)與總體方案

1.1 功能指標(biāo)

確定氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置的功能指標(biāo)時(shí)，要做到設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、操作簡單、維修方便、運(yùn)行可靠、降噪達(dá)標(biāo)、效率提高、作業(yè)環(huán)境改善。

(1) 打印標(biāo)識(shí)工件為：汽車制動(dòng)蹄。

(2) 打印標(biāo)識(shí)工件的材料為：高強(qiáng)度鋼。

(3) 打印形式為：氣動(dòng)針式。

(4) 打印標(biāo)識(shí)的位置要求為：兩臺(tái)打標(biāo)機(jī)同時(shí)完成一個(gè)制動(dòng)蹄兩個(gè)部位的標(biāo)識(shí)打印。

(5) 工藝節(jié)拍為：不大于25秒/件。

(6) 降噪要求為：在原有工作噪聲110～115 dB(A)的基礎(chǔ)上，將噪聲最大聲級(jí)控制在85 dB(A)以下。

(7) 隔聲屏障要求為：吸聲效果好，并具有耐油、耐熱等優(yōu)點(diǎn)。

(8) 驅(qū)動(dòng)方式為：氣動(dòng)。

(9) 電氣控制方式為：采用PLC控制技術(shù)，手工與自動(dòng)兩種操作方式。

(10) 其他功能要求包括：具備工件自動(dòng)夾緊、標(biāo)識(shí)自動(dòng)打印、隔聲門自動(dòng)開閉、安全防護(hù)等。

1.2 總體方案

制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置設(shè)計(jì)主要包括以下兩方面內(nèi)容：一是氣動(dòng)打標(biāo)裝置設(shè)計(jì)，二是降噪裝置設(shè)計(jì)[1-3]。其總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置的總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)工藝節(jié)拍需要，制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置中設(shè)有1個(gè)隔聲門(根據(jù)具體情況，也可設(shè)置2個(gè))、2個(gè)打標(biāo)工位及2個(gè)隔聲罩。每個(gè)工位配置2臺(tái)打標(biāo)機(jī)和1個(gè)工件定位夾緊裝置。

2 氣動(dòng)打標(biāo)裝置設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)氣動(dòng)打標(biāo)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要由橫向氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)1、豎向氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)2、夾緊氣缸3、工件(制動(dòng)蹄)4、擋塊5、定位板6等組成。其中：夾緊氣缸3和擋塊5均通過螺栓與定位板6固定連接；工件4放在定位板6上，靠擋塊5來限位；工件4用夾緊氣缸3來夾緊。

圖2 氣動(dòng)打標(biāo)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)

本文采用計(jì)算機(jī)控制氣動(dòng)打標(biāo)裝置。打印針在X、Y二維平面內(nèi)按照編輯好的字符或圖形軌跡運(yùn)動(dòng)。以高壓氣體高頻沖擊打印針，在工件表面形成由密集點(diǎn)陣組成的字符或圖形。所設(shè)計(jì)氣動(dòng)打標(biāo)裝置可打印任意字符、圖形、商標(biāo)、圖案，并且標(biāo)記工整清晰。面對(duì)不同生產(chǎn)廠家和種類繁多的氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)，應(yīng)根據(jù)打印工件的具體要求選擇技術(shù)參數(shù)合適的單臺(tái)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)(表1)。

表1 單臺(tái)氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

3 降噪裝置設(shè)計(jì)

降噪裝置主要用于解決氣動(dòng)針式打標(biāo)機(jī)打印制動(dòng)蹄標(biāo)識(shí)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)噪聲污染問題。噪聲源主要來自針頭沖擊高強(qiáng)度工件時(shí)產(chǎn)生的沖擊波。面對(duì)這種強(qiáng)噪聲場合，解決噪聲污染問題的主要辦法是設(shè)置隔聲屏障，遮擋聲源與接收者之間的直達(dá)聲，在聲源和接收者之間安裝一定的設(shè)施，使聲波傳播顯著衰減，從而減弱接收者所在區(qū)域受到的噪聲影響。降噪應(yīng)從隔聲屏障的材料選擇和降噪方案設(shè)計(jì)兩方面著手。本文采用平板阻性隔聲屏障。其前板、后板、側(cè)板構(gòu)成一個(gè)封閉的箱式結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)模塊化單元。前板為穿微孔的鍍鋅鋼板，后板和側(cè)板為不穿孔的鍍鋅鋼板。鍍鋅鋼板的表面采用高壓靜電噴涂處理，在兩層板之間填充玻璃棉板。所選平板阻性隔聲屏障的厚度一般控制在80～120 mm。

本文根據(jù)氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置的功能指標(biāo)和總體方案，結(jié)合文獻(xiàn)[4-5]，擬定了3種降噪裝置設(shè)計(jì)方案。

3.1 方案一

降噪裝置設(shè)計(jì)方案一的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。它主要包括：帶輪1、軸2、齒輪3、齒條4、門架5、隔聲門6、連桿7、 導(dǎo)向輪8、導(dǎo)向板9、滾輪10、滾動(dòng)導(dǎo)軌11、機(jī)架(隔聲罩)12等。其中：帶輪1、軸2、齒輪3固接在一起，齒條4、門架5固接在一起，導(dǎo)向板9、滾動(dòng)導(dǎo)軌11與機(jī)架12固接在一起。將4臺(tái)打標(biāo)機(jī)分為兩組(兩臺(tái)為一組，每組配一臺(tái)工件定位夾緊裝置)，分別裝在兩個(gè)隔聲罩內(nèi)； 齒條4、門架5、滾輪10裝在滾動(dòng)導(dǎo)軌11上；隔聲門6裝在導(dǎo)向板9上，二者用導(dǎo)向輪8連接。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電機(jī)(未標(biāo)出)通過皮帶(未標(biāo)出)、帶輪、軸、齒輪、齒條、門架、連桿，實(shí)現(xiàn)隔聲門、導(dǎo)向輪、導(dǎo)向板的一系列運(yùn)動(dòng)；工件被送入左右隔聲罩內(nèi)的指定工位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、夾緊和打??；隔聲門隨工件打印工位的啟閉而左右移動(dòng)。在整個(gè)工藝過程中，汽車制動(dòng)蹄的標(biāo)識(shí)打印能夠自動(dòng)循環(huán)完成。

圖3 降噪裝置設(shè)計(jì)方案一的機(jī)械結(jié)構(gòu)

3.2 方案二

降噪裝置設(shè)計(jì)方案二的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4所示。它主要包括：打標(biāo)機(jī)1、隔聲罩2、工件夾具3、頂升氣缸4、安全光幕5、機(jī)架6等。其中，4臺(tái)打標(biāo)機(jī)被分成兩組(每組為兩臺(tái)，每組配有一套工件定位夾緊裝置)，分別裝在兩個(gè)隔聲罩內(nèi)； 兩個(gè)頂升氣缸分別與左、右隔聲罩連接；隔聲罩通過頂升氣缸4實(shí)現(xiàn)上下開啟和閉合；安全光幕5裝在機(jī)架6的兩側(cè)。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，工件被送入左右隔聲罩內(nèi)，通過工件夾具3實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)定位和夾緊，在隔聲罩落下時(shí)完成標(biāo)識(shí)打印。在整個(gè)工藝過程中，汽車制動(dòng)蹄的標(biāo)識(shí)打印能夠自動(dòng)循環(huán)完成。

圖4 降噪裝置設(shè)計(jì)方案二的機(jī)械結(jié)構(gòu)

3.3 方案三

降噪裝置設(shè)計(jì)方案三的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖5所示。它主要包括：打標(biāo)機(jī)1、隔聲罩2、移動(dòng)氣缸3、隔聲門4、支撐座5、啟閉氣缸6、安全光幕7、滑軌8、機(jī)架9等。其中，打標(biāo)機(jī)共4臺(tái)，每兩臺(tái)為一組，并配有工件定位夾緊裝置，分別裝在隔聲罩內(nèi)的2個(gè)工位上； 隔聲門4裝在支撐座5上，二者用導(dǎo)桿連接，通過氣缸6啟閉隔聲門4；隔聲門4和支撐座5裝在滑軌8上，可通過移動(dòng)氣缸3使隔聲門4和支撐座5左右移動(dòng);安全光幕7裝在隔聲門4的兩邊，以確保上下料安全。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，工件被送到左右隔聲罩內(nèi)的工位上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、夾緊和打??；隔聲門隨工件打印工位的啟閉而左右移動(dòng)。在整個(gè)工藝過程中，汽車制動(dòng)蹄的標(biāo)識(shí)打印能夠自動(dòng)循環(huán)完成。

圖5 降噪裝置設(shè)計(jì)方案三的機(jī)械結(jié)構(gòu)

3.4 方案比較

為確定最佳的設(shè)計(jì)方案，本文對(duì)上述3種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較(表2)。

表2 3種設(shè)計(jì)方案的比較

通過比較可看出，設(shè)計(jì)方案三評(píng)價(jià)最佳，故采用設(shè)計(jì)方案三。通過樣機(jī)試制[6]和測試，使用按方案三設(shè)計(jì)的汽車制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)與降噪裝置后，氣動(dòng)打標(biāo)機(jī)運(yùn)行時(shí)的最高噪聲由原來的115 dB(A)降至85 dB(A)，達(dá)到了國家噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。

4 解決的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 針對(duì)汽車制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)噪聲污染問題，本文提出了在整個(gè)打標(biāo)機(jī)組加裝隔聲罩、優(yōu)化降噪工藝路線的措施。在設(shè)計(jì)氣動(dòng)打標(biāo)降噪裝置時(shí)設(shè)置1個(gè)隔聲門、2個(gè)打標(biāo)工位和2個(gè)隔聲罩，每個(gè)工位可配置多臺(tái)打標(biāo)機(jī)和多個(gè)工件定位夾緊裝置；電氣控制采用PLC控制技術(shù)，手工與自動(dòng)兩種操作方式；具備安全、噪聲監(jiān)控報(bào)警和數(shù)值顯示功能。

(2) 在優(yōu)化氣動(dòng)打標(biāo)降噪設(shè)備工藝路線時(shí)，對(duì)整個(gè)打標(biāo)機(jī)組加裝隔聲罩并設(shè)置了隔聲門。隔聲罩采用吸聲效果好、耐油耐熱耐紫外線的材料。為保證隔聲罩的密閉性，在隔聲門周邊增設(shè)了彈性橡膠墊，同時(shí)，在打標(biāo)機(jī)壓緊夾具與工件接觸處增設(shè)橡膠塊，獲得了良好的降噪效果，使噪聲最大聲級(jí)由115 dB(A)降至國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的85 dB(A)。

(3) 通過開發(fā)工件的自動(dòng)裝夾、自動(dòng)打標(biāo)識(shí)以及隔聲門自動(dòng)開閉等關(guān)鍵技術(shù)，解決了汽車制動(dòng)蹄氣動(dòng)打標(biāo)的準(zhǔn)確定位與夾緊問題，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)識(shí)的精確打印。所設(shè)計(jì)隔聲門能自動(dòng)開閉，配合使用安全光幕，確保生產(chǎn)安全。