長臂架泵車空心銷軸裝配工裝設(shè)計與應(yīng)用

朱 奇，張 鑫，黃宇華

(湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410208)

銷軸聯(lián)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(jié)構(gòu)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(nèi)部為通孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)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(yè)對空心銷軸的裝配使用銅錘連續(xù)敲擊的傳統(tǒng)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(shè)計一套專門工裝，對提高作業(yè)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(zhì)量有著積極的作用[2]。

1 銷軸裝配工裝設(shè)計總體思路

1）尺寸較小，結(jié)構(gòu)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(jù)需要實現(xiàn)的功能分析，滿足要求可選的常用機構(gòu)有：杠桿、液壓傳動、千斤頂和齒輪齒條。杠桿和液壓機構(gòu)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(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(shè)計上可以選擇純機械式齒輪齒條傳動機構(gòu)。

2 銷軸裝配工裝設(shè)計分析

2.1 工裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(yè)空間，工裝的高度不能超過500mm。

2)傳動機構(gòu)(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(gòu)，在工裝使用過程中會出現(xiàn)滑落現(xiàn)象，選用棘輪機構(gòu)實現(xiàn)自鎖。

2.2 工裝傳動機構(gòu)設(shè)計

齒輪、齒條作為工裝的主要傳動機構(gòu)，是工裝設(shè)計的重點，根據(jù)工況要求，對齒輪、齒條、安裝軸等部件進(jìn)行具體的設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動圈數(shù)。

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(zhuǎn)速、齒條轉(zhuǎn)速無關(guān)，而是由拖盤達(dá)到上升距離所需的齒輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)決定的。因此，可以以分度圓直徑作為齒輪的初始設(shè)計參數(shù)，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(shù)。齒輪安裝軸的直徑可以根據(jù)軸所傳遞的扭矩大小確定。傳動機構(gòu)模型如圖4 所示。

圖4 齒輪、齒條傳動機構(gòu)模型

2.3 工裝自鎖機構(gòu)設(shè)計

工裝選用棘輪機構(gòu)自鎖，圖5 所示是本工裝手動式齒輪齒條自鎖機構(gòu)模型。工作原理：機構(gòu)工作時，若用手順時針搖動手柄，棘輪順著棘爪上的導(dǎo)向銷軸作順時針方向轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條往上運動頂升銷軸；而當(dāng)松開手柄時，棘爪銷軸在彈簧作用下進(jìn)入棘輪齒中阻止棘輪與齒輪運動，此時，即使在負(fù)載作用下，齒條也靜止不動，實現(xiàn)自鎖。當(dāng)手柄做逆時針轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，齒條回位。

圖5 銷軸工裝棘輪機構(gòu)模型

2.4 工裝現(xiàn)場使用效果

工裝整體外觀尺寸符合場地要求，結(jié)構(gòu)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(xiàn)場使用效果良好。

3 結(jié)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(shè)計了純機械式的裝配工裝。介紹了工裝設(shè)計的總體方案、工作原理及具體結(jié)構(gòu)組成，對工裝主要關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計分析?，F(xiàn)場使用工裝對銷軸進(jìn)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(yè)安全性，保證了銷軸及連接件的質(zhì)量。工裝結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，具有較好的經(jīng)濟(jì)價值和較好的推廣價值。