摇枕、侧架通用型合芯机的研制

■刘福贵

1. 概述

当前，为了满足铁路货车重载提速的需要，对铁路货车走行部分核心关键铸件摇枕、侧架的质量和性能要求日益严格，为此摇枕、侧架的铸造采用整体芯工艺代替分体制芯工艺，以实现提高生产效率和产品质量。我公司在引进意大利制芯生产线的基础上，对其进行升级和改造。摇枕、侧架通用型合芯机是实现整体芯工艺的核心关键设备，我公司本着自主研发的原则，通过借鉴国内外同行业同类装备研发的先进经验，自行设计制造出了摇枕、侧架通用型合芯机。

2. 主要结构及特点

如图1、图2所示，该装备系统主要包括机架钢结构、走行机构、提升机构、对中夹紧机构、翻转机构、液压控制系统及电气控制系统等。

摇枕、侧架通用型合芯机工作原理和过程：合芯机将上芯盒定位夹紧→提升→翻转→前移→下降就位，然后通过下方的气动浮动平台上升托举下芯盒，通过上芯盒和下芯盒的对正和贴合，完成合芯作业。

（1）走行机构 本套装备系统共设两个工位，即芯盒提升翻转工位和合芯工位，为实现这两个工位转换，采用走行车装置带动合芯机构，整个运行过程分为快慢速行驶两个阶段，为此走行车以带有制动装置的电动机减速器为动力，并且通过变频器控制电动机，实现走行动作的快慢速转换和到位后的可靠停止，为防止运行意外情况的发生，轨道钢结构的两端设有限位装置，以确保整机的安全可靠。

通过导向轮以平直的导向轨导向装置，以实现移动部分平稳准确运行和定位。

（2）提升机构 以液压缸为动力，通过导柱导套导向，以实现提升部件的平稳准确升降。为防止上升过程中发生倾斜情况，采用齿轮齿条平衡导向机构，即用通轴相联的两组齿轮，分别与两组齿条啮合传动，齿轮固定于提升部件上，齿条固定于移动车体上，以确保升降动作均衡平稳，减少和避免升降时倾斜和卡滞现象发生。

3. 对中夹紧机构

对中夹紧机构是该装备的关键所在：为使工件准确定位，采用链传动对中机构，以推拉液压缸为动力，实现左右两组夹具臂的对称开合，从而实现工件的准确对中夹紧。

具体结构是将夹具臂以两链轮中心连线为对称中心斜对称地串联在封闭的链传动中，同时设置链条张紧装置，这样一方面为避免对中动作过程中由于链条过松产生的两组夹具臂的动作不同步现象，另一方面也防止链条脱链。

如图3、图4所示，当液压缸杆伸出时，带动左右两组移动座同时向外打开移动，当液压缸杆收缩时，带动左右两组移动座同时向内并进移动，由于两组移动座通过链条串联，所以向外打开的行程和向内并进的行程完全对称统一，从而可靠地实现对中功能。

设置夹具臂左右对称移动时，通过导柱与背衬橡胶O形密封圈的聚四氟乙烯导套导向副，具有弹性补偿量和较好的耐磨性，从而确保其运动平稳和精确。

图1 合芯机结构

图2 合芯机制造现场

图3 对中夹紧机构示意

图4 对中夹紧机构生产现场

4. 翻转机构

夹臂下端设置专用夹头，采用一面两销定位原理定位芯盒，上芯盒由对中夹紧机构带动专用夹头定位夹紧后，以尾部带缓冲的摆动液压缸为动力装置，通过齿条、齿轮传动实现直线变旋转的运动转换，带动夹具连同芯盒180˚旋转，从而现实工件的翻转作业。翻转动作分为两步，第一步快速行程，第二步缓慢到位，动作行程采用接近开关检测和控制。

翻转机构如图5、图6所示。

5. 液压控制系统

芯盒定位及夹紧时要求动作平稳缓慢和夹紧力度适宜，为此安装了节流阀来控制液压缸动作速度，从而控制各夹紧机构的动作速度，安装了调压阀控制各夹紧机构的执行件的夹紧力，同时利用压力继电器，准确判断和控制夹紧是否适当可靠，为使两组翻转机构动作同步，分别专门设置了分流节流阀控制油路，以确保执行件动作同步一致。

同时为使芯盒的夹紧安全可靠，即在任何情况下不至于相对夹具体发生移动现象，油路采用单向阀控制，这样在夹具工作时即使液压站停机，芯盒也会牢固地夹持在夹具上，从而保证作业时设备和操作者的人机双方的绝对安全；同时为了防止泄漏现象，一律采用优质的液压阀等元件，并且在摩擦副部位设置密封圈和密封护套。为防止停机时间过长出现升降机构在自重作用下的下滑情况，系统配置蓄能器，确保合芯机状态稳定。

6. 电气控制系统

在来料工位，采用呈高低差布置的两组对射的光电开关检测工件，以区分来料是摇枕还是侧架，由于摇枕来料高点位置较高，两组光电开关同时感应信号，而侧架来料高点位置较低，只有一组光电开关感应信号，这样可以准确区分来料是摇枕还是侧架，对应摇枕和侧架配备两套程序控制合芯作业。

由于所有动作要求平稳无冲击，并且动作大多分为两步，即第一步快速行程，第二步缓慢到位，所以控制方面采用接近开关检测各动作是否到达相应位置。

对于要求精确的行程，如芯盒合芯准确到位，采用精度较高的编码器计量行程（见图7），控制芯盒升降动作运行和停止，同时应用压力继电器检测进一步确认各动作是否真实到位，从而保证合芯动作的安全性和准确性。

7. 使用效果分析

摇枕、侧架通用型合芯机作为制芯生产线的主机，在摇枕、侧架等核心关键件的生产中起到了重要作用，相对于以往工艺及装备的应用，显著提高了该类产品的质量和生产效率。

该装备总的特点是：定位准确，夹紧可靠，自动化程度高，可调整性强，产品通用性强，易于操作，安全性强，环保效果好，并且通过外观的造型优化设计，实现商品化。该装备系统具有较高的技术含量，目前在国内和铁路系统内处于行业领先地位，已经在货车行业多个厂家获得推广应用，为实现我国铁路货车提速重载发挥了重要作用，该项技术在铁路系统内外将有更加广阔的应用前景。

图5 翻转机构示意

图6 翻转机构生产现场

图7 编码器检测装置生产现场