汽车制动蹄气动打标与降噪装置设计

梁 宏 ，高 涛

( 1.湖北华阳汽车制动器股份有限公司 综合管理部，湖北 十堰 442000；2.湖北华阳汽车制动器股份有限公司 技术中心，湖北 十堰 442000)

汽车制动器的关键零件是制动蹄。制动蹄的材料为高强度钢，在出厂前要求打印标识，标识的打印深度为1 mm。工业常用的打标设备有激光打标机和气动打标机。激光打标机的雕刻深度一般在0.3 mm以内。打印深度较大的标识需采用气动打标机，但气动打标机运行时的噪声很大，通常为110～115 dB(A)，对现场操作人员的健康影响不可低估。国家为防治工业企业噪声污染，改善声环境质量，颁布了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，制定了《工业企业厂界环境噪声排放国家标准》等，要求有关部门严格遵守噪声限值标准，限制和治理噪声污染。为改善工人的工作环境，解决目前生产中存在的气动机噪声污染问题，本文拟通过调研、设计、试验，对制动蹄气动打标与降噪的环保设备进行研究。

1 功能指标与总体方案

1.1 功能指标

确定气动打标与降噪装置的功能指标时，要做到设备结构合理、操作简单、维修方便、运行可靠、降噪达标、效率提高、作业环境改善。

(1) 打印标识工件为：汽车制动蹄。

(2) 打印标识工件的材料为：高强度钢。

(3) 打印形式为：气动针式。

(4) 打印标识的位置要求为：两台打标机同时完成一个制动蹄两个部位的标识打印。

(5) 工艺节拍为：不大于25秒/件。

(6) 降噪要求为：在原有工作噪声110～115 dB(A)的基础上，将噪声最大声级控制在85 dB(A)以下。

(7) 隔声屏障要求为：吸声效果好，并具有耐油、耐热等优点。

(8) 驱动方式为：气动。

(9) 电气控制方式为：采用PLC控制技术，手工与自动两种操作方式。

(10) 其他功能要求包括：具备工件自动夹紧、标识自动打印、隔声门自动开闭、安全防护等。

1.2 总体方案

制动蹄气动打标与降噪装置设计主要包括以下两方面内容：一是气动打标装置设计，二是降噪装置设计[1-3]。其总体设计方案如图1所示。

图1 气动打标与降噪装置的总体设计方案

根据工艺节拍需要，制动蹄气动打标与降噪装置中设有1个隔声门(根据具体情况，也可设置2个)、2个打标工位及2个隔声罩。每个工位配置2台打标机和1个工件定位夹紧装置。

2 气动打标装置设计

本文所设计气动打标装置的机械结构如图2所示。它主要由横向气动打标机1、竖向气动打标机2、夹紧气缸3、工件(制动蹄)4、挡块5、定位板6等组成。其中：夹紧气缸3和挡块5均通过螺栓与定位板6固定连接；工件4放在定位板6上，靠挡块5来限位；工件4用夹紧气缸3来夹紧。

图2 气动打标装置的机械结构

本文采用计算机控制气动打标装置。打印针在X、Y二维平面内按照编辑好的字符或图形轨迹运动。以高压气体高频冲击打印针，在工件表面形成由密集点阵组成的字符或图形。所设计气动打标装置可打印任意字符、图形、商标、图案，并且标记工整清晰。面对不同生产厂家和种类繁多的气动打标机，应根据打印工件的具体要求选择技术参数合适的单台气动打标机(表1)。

表1 单台气动打标机的主要技术参数

3 降噪装置设计

降噪装置主要用于解决气动针式打标机打印制动蹄标识时产生的强噪声污染问题。噪声源主要来自针头冲击高强度工件时产生的冲击波。面对这种强噪声场合，解决噪声污染问题的主要办法是设置隔声屏障，遮挡声源与接收者之间的直达声，在声源和接收者之间安装一定的设施，使声波传播显著衰减，从而减弱接收者所在区域受到的噪声影响。降噪应从隔声屏障的材料选择和降噪方案设计两方面着手。本文采用平板阻性隔声屏障。其前板、后板、侧板构成一个封闭的箱式结构，形成一个模块化单元。前板为穿微孔的镀锌钢板，后板和侧板为不穿孔的镀锌钢板。镀锌钢板的表面采用高压静电喷涂处理，在两层板之间填充玻璃棉板。所选平板阻性隔声屏障的厚度一般控制在80～120 mm。

本文根据气动打标与降噪装置的功能指标和总体方案，结合文献[4-5]，拟定了3种降噪装置设计方案。

3.1 方案一

降噪装置设计方案一的机械结构如图3所示。它主要包括：带轮1、轴2、齿轮3、齿条4、门架5、隔声门6、连杆7、 导向轮8、导向板9、滚轮10、滚动导轨11、机架(隔声罩)12等。其中：带轮1、轴2、齿轮3固接在一起，齿条4、门架5固接在一起，导向板9、滚动导轨11与机架12固接在一起。将4台打标机分为两组(两台为一组，每组配一台工件定位夹紧装置)，分别装在两个隔声罩内； 齿条4、门架5、滚轮10装在滚动导轨11上；隔声门6装在导向板9上，二者用导向轮8连接。设备运行时，电机(未标出)通过皮带(未标出)、带轮、轴、齿轮、齿条、门架、连杆，实现隔声门、导向轮、导向板的一系列运动；工件被送入左右隔声罩内的指定工位，实现自动定位、夹紧和打印；隔声门随工件打印工位的启闭而左右移动。在整个工艺过程中，汽车制动蹄的标识打印能够自动循环完成。

图3 降噪装置设计方案一的机械结构

3.2 方案二

降噪装置设计方案二的机械结构如图4所示。它主要包括：打标机1、隔声罩2、工件夹具3、顶升气缸4、安全光幕5、机架6等。其中，4台打标机被分成两组(每组为两台，每组配有一套工件定位夹紧装置)，分别装在两个隔声罩内； 两个顶升气缸分别与左、右隔声罩连接；隔声罩通过顶升气缸4实现上下开启和闭合；安全光幕5装在机架6的两侧。设备运行时，工件被送入左右隔声罩内，通过工件夹具3实现工件的自动定位和夹紧，在隔声罩落下时完成标识打印。在整个工艺过程中，汽车制动蹄的标识打印能够自动循环完成。

图4 降噪装置设计方案二的机械结构

3.3 方案三

降噪装置设计方案三的机械结构如图5所示。它主要包括：打标机1、隔声罩2、移动气缸3、隔声门4、支撑座5、启闭气缸6、安全光幕7、滑轨8、机架9等。其中，打标机共4台，每两台为一组，并配有工件定位夹紧装置，分别装在隔声罩内的2个工位上； 隔声门4装在支撑座5上，二者用导杆连接，通过气缸6启闭隔声门4；隔声门4和支撑座5装在滑轨8上，可通过移动气缸3使隔声门4和支撑座5左右移动;安全光幕7装在隔声门4的两边，以确保上下料安全。设备运行时，工件被送到左右隔声罩内的工位上，实现自动定位、夹紧和打印；隔声门随工件打印工位的启闭而左右移动。在整个工艺过程中，汽车制动蹄的标识打印能够自动循环完成。

图5 降噪装置设计方案三的机械结构

3.4 方案比较

为确定最佳的设计方案，本文对上述3种设计方案进行了比较(表2)。

表2 3种设计方案的比较

通过比较可看出，设计方案三评价最佳，故采用设计方案三。通过样机试制[6]和测试，使用按方案三设计的汽车制动蹄气动打标与降噪装置后，气动打标机运行时的最高噪声由原来的115 dB(A)降至85 dB(A)，达到了国家噪声允许标准。

4 解决的关键技术

(1) 针对汽车制动蹄气动打标噪声污染问题，本文提出了在整个打标机组加装隔声罩、优化降噪工艺路线的措施。在设计气动打标降噪装置时设置1个隔声门、2个打标工位和2个隔声罩，每个工位可配置多台打标机和多个工件定位夹紧装置；电气控制采用PLC控制技术，手工与自动两种操作方式；具备安全、噪声监控报警和数值显示功能。

(2) 在优化气动打标降噪设备工艺路线时，对整个打标机组加装隔声罩并设置了隔声门。隔声罩采用吸声效果好、耐油耐热耐紫外线的材料。为保证隔声罩的密闭性，在隔声门周边增设了弹性橡胶垫，同时，在打标机压紧夹具与工件接触处增设橡胶块，获得了良好的降噪效果，使噪声最大声级由115 dB(A)降至国家标准规定的85 dB(A)。

(3) 通过开发工件的自动装夹、自动打标识以及隔声门自动开闭等关键技术，解决了汽车制动蹄气动打标的准确定位与夹紧问题，实现了标识的精确打印。所设计隔声门能自动开闭，配合使用安全光幕，确保生产安全。