缓冲器楔块组装装置的设计与开发探究

曹孔玉

（青岛杰瑞工控技术有限公司，山东 青岛 266061）

高速、重载是我国铁路发展的两个方向，缓冲器作为传递动力、吸收冲击动能、减小振动的装置，直接影响车辆运行的平稳性和安全性。MT-2型缓冲器具有阻抗低、容量大、吸收率高、性能稳定、寿命长等优点，被广泛应用在C63型、C76型、C80型重载货车以及70T级货车上。

楔块作为MT-2型缓冲器摩擦机构的重要组成部分，其安装前需要用N-2胶涂抹在楔块凹槽侧面，将铜条镶入凹槽，压紧黏合，黏合放置时间不低于10h才能进行组装。目前楔块组装是靠人工刷胶，手动放置铜条，然后对铜条进行敲紧。组装过程劳动强度大，并且存在涂胶不均、铜条固定不牢的情况。另外，由于缓冲器组装对零件清洁度要求较高，手动组装时工人需注意防护，保证楔块、铜条表面无油污，影响组装效率。

针对以上问题，设计开发一种楔块铜条组装装置，能够实现铜条自动上料、自动涂胶与自动压装，涂胶不均、铜条固定不牢的情况得到避免，且降低了工作强度，提高了工作效率。

1 MT-2型缓冲器简介

MT-2缓冲器由中心楔块1、外固定板2、楔块3、铜条4、固定斜板5、动板6、弹簧座7、角弹簧8、外圆弹簧9、内圆弹簧10、复原弹簧11等组成，如图1所示。

图1 MT-2缓冲器结构示意图

中心楔块和两个楔块、固定斜板、弹簧座共同组成一组摩擦机构，消耗吸收动能。当缓冲器遇到冲击时，从板对中心楔块1传递冲击，中心楔块1和楔块3沿着固定斜板5滑动，同时夹紧动板6，楔块3移动一段距离后，和动板6一起移动。楔块3上压有铜条4，具有固体润滑作用，可防止摩擦机构产生卡滞。

2 楔块组装装置开发

2.1 装置功能分析

由于每个缓冲器装2个楔块，所以将装置设计为单次组装2个楔块。装置目标功能包括楔块上料、自动涂胶、铜条抓放、铜条压装等。为节省运动空间，楔块铜条分别沿X、Y方向上料，点胶胶头与铜条除了满足Y方向移动外，均需满足Z轴方向位移自由度。

铜条入槽的精度要求较高，楔块和铜条的运输均选择电动模组，选择西门子伺服电机。由于楔块铜条质量较小，无须大压力作业，所以选择结构简单、便于安装维护的气动元件，根据楔块形状选择夹爪进行固定，铜条抓取采用真空吸盘，点胶胶头和铜条的传递、压头下压均采用气缸控制。组装过程中伺服电机、磁性开关、电磁阀、光电开关等电信号传送至上位机，上位机根据输入信号输出下一步信号，进行有序组装。

2.2 装置结构组成

楔块组装装置由机架、楔块夹持模块、点胶及铜条上料模块、压装模块、输送模组等部分组成，如图2装置结构组成所示。

图2 装置结构组成

机械框架采用60×3方管搭建，整体牢固可靠。楔块夹持装置的功能为实现楔块的固定与输送，由楔块承接板、气动夹爪、压缩弹簧、直线轴承、导向柱等组成，采用电动模组带动楔块夹持装置在左侧楔块上料位和右侧压装位之间移动。点胶及铜条上料模块的功能为实现点胶与铜条的抓取释放，主要由运动气缸、点胶阀、吸盘等组成，点胶阀、吸盘通过安装附件安装在运动气缸上，运动气缸安装在模组上，可在压装位与铜条上料位之间移动。压装模块的功能为将铜条压紧在涂完胶的楔块凹槽内，主要由压头、下压气缸、压机底座、导向机构等组成，待真空吸盘将铜条放入楔块槽内，下压气缸带动压头压紧铜条和楔块。

2.3 装置工作流程分析

下文结合图2和图3对楔块组装装置工作流程进行分析：（1）首先进行楔块上料，楔块夹持模块初始位置位于模组5左端，将楔块放置在承接板上，启动气爪夹紧，楔块随模组滑块行至点胶位；（2）利用直线振动带将铜条送至上料位，吸盘气缸5到达铜条上料位向下运动，真空吸盘4吸取铜条，气缸上移直到上端磁性开关检测到到位信号，模组带动气缸左移，直到点胶阀7来到楔块2凹槽右端正上方；（3）点胶气缸6下移，点胶阀按照程序向楔块2槽内喷胶，喷胶完成后气缸复位，复位信号传至上位机，上位机驱动模组伺服电机，带动气缸左移，吸盘气缸5来到楔块凹槽上方，发出铜条到位信号；（4）吸盘气缸5接收铜条到位信号，带动真空吸盘4下移直到铜条入槽，真空吸盘释放铜条，吸盘气缸5复位，电动模组带动点胶气缸右移至铜条上料位，准备下一次抓取；（5）下压气缸带动压头下移，压紧铜条后气缸复位，然后重复以上步骤，对楔块1进行点胶镶铜条；（6）楔块1、2全部压装铜条完成，工作人员取下楔块并给出信号，使楔块承接板随运输线模组回到楔块上料工位，重复步骤1～5继续工作。

图3 工作流程参考示意图

3 装置关键件选型校核

在楔块夹持模块（图4），楔块承接板需沿模组往复运动，其高度需高于支撑基座，此处采用悬浮模式，承接板通过直线轴承和圆线螺旋弹簧，固定在模组滑块上。要求放置楔块后，承接板与支撑基座之间仍保留一定间隙。另外，压装气缸下压铜条时需克服弹簧压力。

图4 楔块夹持模块

压缩弹簧选择米思米UBB-D16-L40，弹性系数K=19.6。下压气缸选择费斯托DSBC-125-200-PPVA-N3，6bar时理论值，推进力7363N，返回力6881N。

经测量计算，承接板、楔块、平行气爪等附件共10kg，由4根弹簧支撑，每根弹簧25N力。变形量x=25/19.6=1.28mm，变形后支撑板与支撑基座仍有5mm余量，弹簧满足要求。

下压气缸满行程下压200mm时，弹簧总压缩量5+1.28=6.28（按7mm计算）。单个模组上压力F=4Kx=550N,下压总力2F=1100N，气缸推力远大于1100N，满足要求。气缸上升时，只需克服气缸连接杆、法兰头、压头、滑块连接板等附件自重，总重为：2+2+3.7×2+6.75=18.15kg，远小于气缸返回力，满足要求。

4 结语

为实现MT-2缓冲器楔块自动化组装，对楔块组装装置进行开发，包括功能分析及整体结构设计，对装置工作流程进行分析，并对关键件进行校核。装置结构简单，自动化程度高，实现了楔块铜条自动化上料、点胶和铜条压装，解决了现有工艺中涂胶不均、人工干预多、压装不牢靠且存在安全隐患的问题。