淺述一種新型壓入工裝研發(fā)與應(yīng)用

孫淼

（山東能源重裝集團(tuán)泰裝工程裝備制造有限公司，山東 泰安 271000）

隨著機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展對(duì)機(jī)械裝配工藝的要求在不斷提高，而現(xiàn)在裝配工藝能否滿足要求，能否快速有效地完成工作任務(wù)，完全取決于裝配工藝水平。其中關(guān)鍵部件的裝配工藝方法是整體產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制點(diǎn)。由于在牽引車裝配過(guò)程中，制動(dòng)一體輪轂螺栓裝配方法是依靠人工錘擊，安裝后會(huì)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，從而造成整車裝配工作效率的下降，所以對(duì)于輪轂螺栓壓入裝配技術(shù)的研究非常有必要的。

1 設(shè)計(jì)背景

近年來(lái)，公司研發(fā)了新型陽(yáng)極牽引車，該產(chǎn)品作為公司的拳頭產(chǎn)品，已批量投入生產(chǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，部分零部件裝配質(zhì)量得不到保證，其中新型制動(dòng)一體輪轂是該產(chǎn)品的關(guān)鍵件，質(zhì)量核心控制點(diǎn)。輪轂螺栓現(xiàn)有裝配方法采用人工逐個(gè)目測(cè)車輪螺栓的部位，對(duì)準(zhǔn)輪轂法蘭面上的安裝孔，利用鐵錘將車輪螺栓逐個(gè)砸入到輪轂上，這種方式存在以下缺點(diǎn)：由于每個(gè)輪轂螺栓都需要人工目測(cè)去核對(duì)輪轂環(huán)形槽的安裝位置，工作效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性低；經(jīng)常出現(xiàn)由于目測(cè)不準(zhǔn)確，輪轂螺栓未能垂直壓入，發(fā)生位置偏移，輕微的需要將螺栓從輪轂螺栓孔內(nèi)撬出后重新壓裝，嚴(yán)重的甚至?xí)p壞輪轂螺栓及輪轂。

在陽(yáng)極牽引車使用中保證車輛制動(dòng)性能至關(guān)重要，同時(shí)為了進(jìn)一步提高裝配精度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和裝配難度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，必須保證其裝配質(zhì)量。

2 設(shè)計(jì)情況介紹

（1）現(xiàn)今輪轂結(jié)構(gòu)和安裝要求，大部分機(jī)動(dòng)車安裝盤式制動(dòng)器（也稱為剎車盤），其通常由金屬、碳或陶瓷材料制成，并與輪轂緊密連接。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，位于盤狀部件一對(duì)剎車片壓向盤狀部件，對(duì)盤狀部件施壓，產(chǎn)生摩擦使車減速。而現(xiàn)有的盤式制動(dòng)裝置一般是通過(guò)多個(gè)周向均布的輪轂螺栓將輪轂、制動(dòng)盤和輪軸端部處的法蘭盤固定安裝在一起，各輪轂螺栓的旋緊力矩一般要求要均一，才能保證制動(dòng)盤各處與卡鉗制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，如果車輪螺栓的擰緊力矩過(guò)低，行駛時(shí)車輪螺栓會(huì)松開(kāi)，有引發(fā)事故的危險(xiǎn)，故影響裝配維修效率和裝配質(zhì)量。

新型陽(yáng)極牽引車現(xiàn)有輪轂結(jié)構(gòu)（如圖1）根據(jù)車輛使用安全性設(shè)計(jì)，制動(dòng)盤與輪轂一體，平行排列。制動(dòng)盤與輪轂法蘭盤一體同軸平行，制動(dòng)盤直徑為460mm，輪轂法蘭盤直徑為410mm，兩者僅僅差距50mm，上下間距也僅有134mm。安裝時(shí)，在輪轂法蘭面上需要均布安裝12個(gè)螺栓，其安裝位置在內(nèi)側(cè)垂直方向，無(wú)法使用普通壓力機(jī)及拉馬等設(shè)備。

圖1

（2）設(shè)計(jì)分析及結(jié)構(gòu)

根據(jù)裝配要求首先分析了輪轂螺栓與安裝孔過(guò)盈配合公差，孔徑為φ20E8,上下公差為+0.073、+0.04，螺栓（如圖2）為自主設(shè)計(jì)尺寸，裝配連接處為圓環(huán)型，要求緊密配合性強(qiáng)，又通過(guò)分析各項(xiàng)影響壓入力值的參數(shù)（如表1），計(jì)算了輪轂螺栓壓入力值。

圖2

表1

12 結(jié)合面最大單位壓力（N/mm2） Pfmax 14.8148 13 壓入力（kg） P 94.98

壓裝所需的壓力一般為壓入力的3～3.6倍，選定了反拉千斤頂?shù)膰嵨粸?T，然后設(shè)計(jì)了螺栓固定形式和壓入結(jié)構(gòu)（如圖3）。

圖3

設(shè)計(jì)按照壓入力值選用滿足屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的材料，結(jié)構(gòu)既能滿足裝配要求，又能最大程度節(jié)省成本。工裝主要采用左右對(duì)稱反提拉式結(jié)構(gòu)，由上平板、下壓緊板同步裝置、加強(qiáng)筋、支撐圓板組成。分兩部分壓緊固定，下壓緊板底部分別對(duì)2個(gè)螺栓進(jìn)行固定。裝配時(shí)先將螺栓放入定型中間區(qū)域，將平頭一邊對(duì)正軸心，放入安裝孔，2個(gè)對(duì)稱位置的螺栓為一組，再將輪轂法蘭面放上支撐圓板墊平，最后在中心放置千斤頂，通過(guò)起升作用，利用工裝反作用力，將2個(gè)對(duì)稱螺栓同步壓入到位，最大程度保證了輪轂螺栓裝配效果。

3 設(shè)計(jì)使用效果

該工裝的成功研制，保證了工件的裝配質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。工裝使用后,螺栓安裝更加便捷，原來(lái)2個(gè)人1個(gè)小時(shí)完成，現(xiàn)在1個(gè)人0.5小時(shí)完成，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，操作安全性增加，保證了整體產(chǎn)品質(zhì)量，為提高工作性能提供了強(qiáng)有力的保障。

4 設(shè)計(jì)的應(yīng)用和提升

本套螺栓壓入工裝的成功研制也可以在同類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。關(guān)系陽(yáng)極牽引車使用功能的另一關(guān)鍵件，整車提升裝置搖臂，搖臂總裝配前，需要在舉升連接孔安裝鋼套，鋼套在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中起到固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件，該鋼套與連接孔配合為過(guò)盈配合。安裝中安裝難度系數(shù)大，傳統(tǒng)方式采取鐵錘錘入，工作效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性低。

為了更好地提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，鑒于螺栓壓入工裝在生產(chǎn)中應(yīng)用良好，為了最大程度的發(fā)揮工裝的設(shè)計(jì)成果，該結(jié)構(gòu)應(yīng)用拓展設(shè)計(jì)了鋼套壓入工裝。

4.1 設(shè)計(jì)背景

陽(yáng)極牽引車的主要功能是實(shí)現(xiàn)鋁材陽(yáng)極的搬運(yùn)，車輛有承載力大、運(yùn)輸速度慢的特點(diǎn)。在陽(yáng)極運(yùn)輸裝卸中，通過(guò)陽(yáng)極托盤作為承載，放置在后車架上，后車設(shè)計(jì)提升功能機(jī)構(gòu)（如圖4），利用前后搖臂連桿與液壓油缸的推動(dòng)力控制托盤的舉升和降落，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極的裝卸，并保證在車輛運(yùn)輸中的穩(wěn)定性。其中搖臂的安裝至關(guān)重要，搖臂中的鋼套設(shè)計(jì)起到了固定和抗磨損的作用，可以說(shuō)其組裝質(zhì)量直接影響到整車的功能性，其重要性不言而喻。

圖4

4.2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與使用效果

提升搖臂分為2種，前后搖臂外形不同，尺寸存在差異（如圖5、圖6），內(nèi)鋼套尺寸也不相同，其差異設(shè)計(jì)是為了讓托盤在舉升和降落工作時(shí)，穩(wěn)定承載重心，保證其承載力均布，平穩(wěn)上下運(yùn)動(dòng)。

圖5

圖6

工裝設(shè)計(jì)首先根據(jù)提升搖臂與鋼套過(guò)盈配合尺寸，進(jìn)行了壓入力的計(jì)算，確定了材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度規(guī)格，然后應(yīng)用拓展螺栓壓入工裝的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了鋼套壓入結(jié)構(gòu)（如圖7），其利用千斤頂牽拉回力對(duì)鋼套實(shí)施壓入。該結(jié)構(gòu)上下板采用了高強(qiáng)度板材，中間用160*63*6.5槽鋼作為支撐梁，為了防止使用中作用力變形，在上部加焊了承力加強(qiáng)板，經(jīng)過(guò)材料力學(xué)分析，選用了200*100*7工字鋼，保證適合作用力范圍工件的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)后，生成三維模型，模擬實(shí)際作用力情況，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)有限元分析，充分驗(yàn)證了工裝結(jié)構(gòu)及使用情況，保證了工裝的可靠性和實(shí)用性。工裝生產(chǎn)投入使用前，制定了工裝使用操作規(guī)程，指導(dǎo)一線進(jìn)行操作，保證了使用效果。

圖7

工裝使用后，因其結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)便，裝配過(guò)程中不產(chǎn)生噪音，維護(hù)了車間裝配環(huán)境，同時(shí)達(dá)到了6S管理標(biāo)準(zhǔn)，最大程度降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，操作時(shí)間由原來(lái)2人10分鐘，現(xiàn)在提高到1人5分鐘，大大提高了生產(chǎn)效率，操作安全性得到了保障，為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。