拖拉機(jī)前配重吊裝平衡控制裝置的設(shè)計與應(yīng)用

高君惠，艾宗乾，韓永江

(第一拖拉機(jī)股份有限公司大拖公司，河南洛陽 471004)

0 引言

拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要動力，其牽引特性直接影響著生產(chǎn)效率、工作穩(wěn)定性、燃油消耗情況。在我國生產(chǎn)的大中型拖拉機(jī)中，增加前后配重選裝以增加拖拉機(jī)整機(jī)質(zhì)量，增大拖拉機(jī)接地壓力，從而提供更大的牽引力，防止拖拉機(jī)在高負(fù)荷作業(yè)下打滑。但拖拉機(jī)前配重在吊裝過程中，配重會出現(xiàn)歪斜傾覆的現(xiàn)象。分析其原因是拖拉機(jī)吊具設(shè)計不合理，導(dǎo)致吊裝過程中吊點偏移、配重失衡。眾所周知，拖拉機(jī)制造行業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍較快，對零部件裝配效率要求較高。同時單塊配重質(zhì)量達(dá)到50 kg以上，單次吊裝質(zhì)量達(dá)到300 kg以上，若在吊裝過程中配重?zé)o法保持平衡，則會存在極大的安全隱患。如何控制配重吊裝過程中的平衡穩(wěn)定，對于生產(chǎn)安全和提升裝配效率至關(guān)重要。文中提出一種配重吊裝平衡控制裝置的設(shè)計方案，該裝置可實現(xiàn)配重吊裝過程中的平衡控制。生產(chǎn)實踐證明，該裝置對配重吊裝平衡控制作用明顯，且結(jié)構(gòu)簡單、操作便利、使用效率高。

1 拖拉機(jī)前配重的介紹

拖拉機(jī)前配重，是一種用來增加拖拉機(jī)前部質(zhì)量、防止拖拉機(jī)在大扭矩工況下由于拖拉機(jī)前部質(zhì)量不足導(dǎo)致翹頭的裝置。在四驅(qū)輪式拖拉機(jī)中，有著增大前輪接地壓力、增加最大牽引力、防止拖拉機(jī)打滑的作用。如圖1所示，拖拉機(jī)前配重形狀為板狀不規(guī)則鑄鐵件，單件質(zhì)量為40～75 kg。

圖1 拖拉機(jī)前配重示意

拖拉機(jī)前配重裝配在拖拉機(jī)配重架上，裝配時吊起前配重，再將配重后側(cè)凹陷處于配重架對準(zhǔn)后，將配重從配重架側(cè)面推入，裝配完成后用長螺栓穿過配重固定孔，最后將配重緊固。前配重根據(jù)客戶需求進(jìn)行選裝，裝配數(shù)量為0～12塊，配重架中間位置有擋筋，每次可以裝配單側(cè)配重，每臺拖拉機(jī)需要至少裝配兩次。

在大型的拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)節(jié)拍為2～4 min/臺，生產(chǎn)機(jī)型裝配節(jié)奏緊張，對裝配效率要求較高。拖拉機(jī)前配重結(jié)構(gòu)簡單、裝配數(shù)量較多、勞動重復(fù)性較強(qiáng)。通過對吊具進(jìn)行合理改進(jìn)，可以有效消除流水線生產(chǎn)中的瓶頸工位，提升線平衡率，從而節(jié)省成本，提升生產(chǎn)效率。

2 拖拉機(jī)前配重吊裝方式及存在問題

拖拉機(jī)前配重一般用吊裝裝配方式，吊裝工具主要有吊帶和吊鉤兩種，如圖2所示。但這兩種吊具都無法保證配重吊裝過程中的平衡狀態(tài)，存在安全隱患。而且兩者吊裝過程復(fù)雜，吊裝效率較低。

圖2 吊帶和吊鉤示意

因此，文中研制了一種結(jié)構(gòu)緊湊、制作簡便、使用效果顯著的平衡控制裝置。

3 平衡控制裝置的設(shè)計

3.1 吊裝形式分析

該配重設(shè)計有吊裝孔， 通過研究配重吊孔形狀(圖3框選部分)，可以發(fā)現(xiàn)配重吊孔為長條孔，呈向上傾斜狀態(tài)。通過配重數(shù)模分析配重重心位置，發(fā)現(xiàn)吊裝過程中，吊點需要控制在配重吊孔中間靠上位置才能獲得配重吊裝的正確姿態(tài)。普通的吊鉤吊裝過程中由于吊孔傾斜，吊鉤向上滑動，導(dǎo)致配重失穩(wěn)。吊具設(shè)計思路如下：吊具主體主要起承重作用，并能使吊點保持在相應(yīng)位置，從而使配重在起吊過程中保持平衡穩(wěn)定，同時考慮到生產(chǎn)節(jié)拍及安全考慮，其結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單實用、便于操作。

圖3 配重吊孔的結(jié)構(gòu)形式

綜合考慮配重重心位置、吊孔形狀、與配重架連接結(jié)構(gòu)，并結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況以及現(xiàn)有工具、工裝水平等，初步設(shè)計了兩套可行方案。

3.2 初步方案

(1)加寬型板鉤吊裝(方案一)

圖4為方案一的吊具實物。吊裝過程中吊鉤與配重吊孔接觸，產(chǎn)生摩擦力和運動阻力。摩擦力的大小和摩擦面的寬窄關(guān)系不大，運動阻力則與摩擦面寬窄呈正相關(guān)。吊裝過程中吊鉤由于兩者合力不足以平衡配重在吊孔平行方向上的分力，吊鉤向上滑動。兩者之間摩擦力數(shù)值恒定，通過增加吊鉤的寬度，增加吊鉤與工件間的運動阻力。利用兩者的合力平衡配重在吊孔平行方向上的分力，防止吊鉤向上滑動，進(jìn)而保持吊裝過程的平衡。通過多次試驗，吊鉤寬度在600 mm時可以有效防止吊鉤滑移，實現(xiàn)配重的平衡吊裝。

圖4 方案一的吊具實物

(2)吊梁加限位裝置吊裝(方案二)

結(jié)合配重的具體尺寸，設(shè)計吊具主體，吊具主體結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。在吊梁兩端設(shè)計凸臺，防止吊裝過程中吊環(huán)滑脫;在吊梁上焊接限位板，保證吊裝時與吊梁與配重相對靜止，不會產(chǎn)生滑動。

圖5 方案二的吊具主體結(jié)構(gòu)形式

結(jié)合圖1可以看出，配重在起吊平衡狀態(tài)下，吊孔呈向上傾斜狀態(tài)。在吊梁上焊接限位板，起吊過程中限位板頂在配重吊孔上端，限制吊梁向上滑動，使吊點維持在固定位置，保證配重在吊裝過程中始終保持正確的裝配姿態(tài)，達(dá)到裝配快捷、操作方便的目的。

運用SolidWorks三維軟件建立配重及吊具的零件模型， 然后將其裝配成一個整體，通過添加質(zhì)量傳感器尋找到配重的質(zhì)心(即平衡吊點)，通過設(shè)計合適的限位板尺寸，使吊點位于配重質(zhì)心的正上方，達(dá)到平衡起吊的目的。

3.3 方案選型

(1)從使用效率上進(jìn)行考慮：方案一每次只能吊裝一塊配重，而拖拉機(jī)前配重普遍為4～12塊，需要吊裝次數(shù)多，效率低;方案二每次可以吊裝1～6塊配重，一臺拖拉機(jī)的吊裝次數(shù)為兩次，效率高。

(2)從吊具通用性方面考慮：方案一因可以實現(xiàn)多規(guī)格配重吊裝;方案二只能吊裝單一規(guī)格配重，但考慮到拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)配重種類較少，多為批量使用，通用性劣勢并不明顯。

綜上所述，從使用效率和通用性兩方面進(jìn)行對比，方案二結(jié)構(gòu)形式的吊裝效率更高。最終確定采用方案二的結(jié)構(gòu)形式。

4 具體實施方案

4.1 理論設(shè)計

拖拉機(jī)前配重吊裝平衡控制裝置示意如圖6所示，包括配重、吊環(huán)、吊梁和限位板。將限位板焊接在吊梁上，將兩側(cè)的吊環(huán)套在吊梁上。使用時將吊梁插入配重吊孔內(nèi)，隨后將兩端吊環(huán)套在吊梁左側(cè)凸臺內(nèi)側(cè)，操縱起重設(shè)備吊起配重，裝配完成后取下兩側(cè)吊環(huán)，取下整套裝置。

圖6 拖拉機(jī)前配重吊裝平衡控制裝置示意

4.2 應(yīng)用效果

操作時，將限位塊朝向配重后方，將吊梁插入配重吊孔內(nèi)，隨后將另一端吊環(huán)套在吊梁左側(cè)凸臺內(nèi)側(cè)，操縱起重設(shè)備吊起配重，裝配完成后取下左側(cè)吊環(huán)，取下整套裝置。如圖7所示，經(jīng)過試驗驗證，在使用此裝置后，配重在吊裝過程中能保持平衡，實現(xiàn)了配重的平衡控制。

圖7 拖拉機(jī)前配重吊裝平衡控制裝置的使用狀態(tài)

5 結(jié)束語

采用文中配重吊裝平衡控制裝置，可實現(xiàn)配重在確定角度下的平衡起吊，從而實現(xiàn)了配重的快速吊裝，并且提升了操作安全性。此裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作過程方便，既提升了操作效率，又保證了裝配過程中的安全性。