重型彈簧機(jī)構(gòu)安裝方法的改進(jìn)

夏金星

東風(fēng)井關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司 湖北襄陽(yáng) 441000

1 序言

彈簧是往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組件之一，采取合適的方法對(duì)彈簧進(jìn)行壓縮是實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝的重中之重。目前了解到，多數(shù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)選用了較小簧徑和彈力的彈簧，該類(lèi)彈簧的壓縮和安裝也通常是運(yùn)用杠桿原理，利用改制的夾鉗類(lèi)工具進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)的。

圖1 伸縮機(jī)構(gòu)

2 提出問(wèn)題

我公司某機(jī)型伸縮機(jī)構(gòu)的爆炸圖如圖1所示，該機(jī)構(gòu)也是由彈簧組成的往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但不同的是，該機(jī)構(gòu)采用了直徑達(dá)14mm的彈簧鋼做成的重型彈簧，其設(shè)計(jì)圖樣如圖2所示，最大彈力可達(dá)11500N。巨大的彈力對(duì)安裝方法提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)測(cè)量統(tǒng)計(jì)各組件的尺寸和裝配關(guān)系發(fā)現(xiàn)，彈簧在自由狀態(tài)下尺寸為87mm，小墊圈與彈簧墊圈厚度和為9mm，所有組件都安裝的情況下，如圖3中A狀態(tài)所示，內(nèi)六角螺栓M10×35mm與液壓缸內(nèi)螺紋相距3mm，彈簧不壓縮是無(wú)法安裝內(nèi)六角螺栓的。

圖2 彈簧設(shè)計(jì)圖

圖3 機(jī)構(gòu)剖視（裝配尺寸計(jì)算）

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

起初想到的是設(shè)計(jì)變更，將內(nèi)六角螺栓換選成較長(zhǎng)規(guī)格的，但是仍面臨三大難題：①小墊圈的厚度，但設(shè)計(jì)者首先從使用壽命和強(qiáng)度上給予了否定。②內(nèi)六角螺栓長(zhǎng)度變化，該零件選用了高強(qiáng)度12.9級(jí)的內(nèi)六角螺栓，如果采用長(zhǎng)40mm規(guī)格的螺栓，在A狀態(tài)時(shí)，僅有1個(gè)螺距（M10螺栓粗牙螺距1.5mm）的配合，極不穩(wěn)妥；如果采用長(zhǎng)45mm規(guī)格的螺栓，液壓缸的螺紋孔又設(shè)計(jì)太淺，螺栓緊固后，襯瓦有4mm軸向活動(dòng)間隙，這是堅(jiān)決不允許的；如果將標(biāo)準(zhǔn)螺栓改成特制件，標(biāo)準(zhǔn)件廠家又會(huì)增加新的投入，周期延長(zhǎng)，成本也隨之增加，仍舊沒(méi)有通過(guò)。③液壓缸螺紋加深6mm，配合選用長(zhǎng)45mm的螺栓，雖能滿足設(shè)計(jì)上的裝配要求，但實(shí)際上也無(wú)法達(dá)成，液壓缸是進(jìn)口件，而且是其公司的成熟品，廠家也無(wú)意再作修改。以上3種設(shè)計(jì)變更的思路均未通過(guò)。

之后改從墊圈著手考慮，經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果先用3mm的墊圈臨時(shí)代替小墊圈和彈簧墊圈，此時(shí)螺栓配合部分有3mm（2個(gè)螺距），然后使用氣動(dòng)沖擊扳手安裝內(nèi)六角螺栓壓縮彈簧到一定位置后，用一剛性支撐頂住伸縮機(jī)構(gòu)總成（見(jiàn)圖4），最后再使用氣動(dòng)工具拆掉螺栓和臨時(shí)墊圈換裝成設(shè)計(jì)的小墊圈和彈簧墊圈。思路和操作都很簡(jiǎn)單，運(yùn)用該方法進(jìn)行試裝，最終雖能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的安裝效果，但耗時(shí)較長(zhǎng)。在更換一批其他部品拆機(jī)作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，最為擔(dān)心的問(wèn)題——螺紋結(jié)構(gòu)的損壞還是發(fā)生了。其實(shí)，在安裝時(shí)已有所察覺(jué)，用最大力矩可達(dá)200N·m的氣動(dòng)沖擊扳手安裝時(shí)，螺栓旋入的速度異常緩慢，這時(shí)頭部的螺紋由于受力過(guò)大，已開(kāi)始出現(xiàn)損傷，因此在拆卸時(shí)，損傷的外螺紋部分引起更多的內(nèi)螺紋損壞，高達(dá)50%的螺栓無(wú)法拆卸，最終導(dǎo)致進(jìn)口液壓缸因螺紋破壞而不得不報(bào)廢，損失巨大。因此，該方法只能就此放棄。

圖4 伸縮機(jī)構(gòu)總成與支撐

克服巨大的彈力，運(yùn)用簡(jiǎn)單的杠桿原理就需要很長(zhǎng)的力臂，設(shè)計(jì)該類(lèi)工裝不僅占用空間大，而且也很難起到省力的效果，傳統(tǒng)的方法只能摒棄。結(jié)合平時(shí)的生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)討論研究，發(fā)現(xiàn)重型臺(tái)虎鉗采用T形螺紋副進(jìn)行夾持和自鎖，完全能滿足組裝需求。結(jié)合液壓缸總成的結(jié)構(gòu)，將臺(tái)虎鉗進(jìn)行了改制，如圖5所示（件1～件8組成液壓缸部分，件10～件18組成伸縮機(jī)構(gòu)，件19～件25組成臺(tái)虎鉗部分）。從中可看出，設(shè)計(jì)采用2件活動(dòng)插銷(xiāo)與液壓缸固定座將伸縮機(jī)構(gòu)的液壓缸牢固地固定在臺(tái)虎鉗的固定鉗座上，改制的活動(dòng)鉗口中部留有足夠空間便于內(nèi)六角螺栓安裝。在使用臺(tái)虎鉗T形螺紋副進(jìn)行旋轉(zhuǎn)夾緊時(shí)，需要使用較長(zhǎng)的加長(zhǎng)桿旋轉(zhuǎn)，雖能實(shí)現(xiàn)彈簧的壓縮，保證內(nèi)六角螺栓無(wú)損安裝，但效率極為低下，仍耗時(shí)耗力。因此，純機(jī)械結(jié)構(gòu)操作，已不能滿足高效省力的安裝需求，而穩(wěn)定可靠的液壓控制系統(tǒng)的需求，越發(fā)明顯。為此，我們將庫(kù)存中無(wú)法消耗的直徑為40mm、最大壓力可達(dá)21MPa的雙向液壓缸經(jīng)過(guò)計(jì)算校驗(yàn)又重新派上了用場(chǎng)。根據(jù)公式P＝F/S，可計(jì)算出該液壓缸能達(dá)到的最大壓力F＝21×π×202＝26376（N）＞11500（N），液壓缸達(dá)到43%的壓力即可滿足使用。結(jié)合現(xiàn)有液壓站，依照?qǐng)D6所示的最傳統(tǒng)的液壓控制圖開(kāi)始設(shè)計(jì)和制作。調(diào)速閥可以對(duì)液壓缸伸縮的速度進(jìn)行控制，截止閥與壓力表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)至大于彈簧最大壓力20%即可實(shí)現(xiàn)壓縮，同時(shí)，也保證了其他組件的安全。所有元件到位后，對(duì)臺(tái)虎鉗原有的螺紋副機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆除，換裝上設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)，如圖7所示。經(jīng)過(guò)30臺(tái)份小批量的試裝，證實(shí)了預(yù)期計(jì)算校核的正確性，液壓控制系統(tǒng)帶動(dòng)改制的臺(tái)虎鉗能輕松高效地對(duì)該伸縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓縮，并實(shí)現(xiàn)內(nèi)六角螺釘?shù)臒o(wú)損安裝。雖然臺(tái)虎鉗結(jié)構(gòu)本身還需要克服活動(dòng)鉗口與液壓缸落差的力矩，但當(dāng)調(diào)節(jié)液壓缸壓力為17MPa時(shí)即可輕松完成對(duì)該機(jī)構(gòu)的組裝，效率較之前大幅提升，并極其省時(shí)省力，達(dá)到了改進(jìn)的預(yù)期。

圖5 液壓夾具機(jī)械部分與伸縮機(jī)構(gòu)

圖6 液壓系統(tǒng)

圖7 液壓夾具試裝

4 結(jié)束語(yǔ)

該伸縮機(jī)構(gòu)組裝方法的改進(jìn)，是機(jī)械和液壓相關(guān)知識(shí)在傳統(tǒng)臺(tái)虎鉗夾緊裝置的綜合運(yùn)用，為類(lèi)似重型彈簧機(jī)構(gòu)的組裝提供了一種新的思路，也為類(lèi)似彈簧伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有益的參考。