长臂架泵车空心销轴装配工装设计与应用

朱 奇，张 鑫，黄宇华

(湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208)

销轴联接是混凝土泵车工作装置中两相对运动部件铰接的主要形式。长臂架混凝土泵车由于轻量化的需要在底架与支腿等大型结构件连接处通常采用大长径比（销轴长度与直径之比）空心销轴（装配模型如图1 所示），而空心销轴由于内部为通孔结构，导致其比同等承载能力的实心销轴外径大，刚性小，装配要求较高。目前很多企业对空心销轴的装配使用铜锤连续敲击的传统模式，这种方法容易造成销轴受力不均，引起销轴变形，造成销轴与轴套磨损，操作费时费力[1]。特别对于底架与支腿铰接处空心销轴的安装，由于装配空间受限，3 个人配合使用铜锤锤击的方法会显得更加困难。

图1 底架、支腿连接销轴装配模型示意图

因此，为底架与支腿连接销轴的安装设计一套专门工装，对提高作业安全可靠性、降低劳动强度、提高工作效率、保证销轴、轴孔及重要连接件的质量有着积极的作用[2]。

1 销轴装配工装设计总体思路

1）尺寸较小，结构简单，承载符合要求。

2）操作方便，便于移动携带。

3）成本较低。

根据需要实现的功能分析，满足要求可选的常用机构有：杠杆、液压传动、千斤顶和齿轮齿条。杠杆和液压机构都需要较大的工作空间，液压传动价格较贵（液压缸价格在10 万元左右），且系统结构复杂；千斤顶行程较小，且速度较慢[3]。因此，要满足以上3 个条件，在设计上可以选择纯机械式齿轮齿条传动机构。

2 销轴装配工装设计分析

2.1 工装结构组成及工作原理

装配工装由箱体、齿轮、齿条、轴、轴承、油毡、托盘、棘轮等部件组成，具体结构示意如图2 所示，模型如图3 所示。工作时，先将销轴置于工装顶部的托盘内并与销轴孔对正，然后摇动手柄，带动齿轮、齿条运动，往上顶升销轴[4]。各主要部件要求如下。

图2 销轴装配工装结构示意图

图3 销轴装配工装模型

1）箱体外观尺寸大小符合场地要求，考虑作业空间，工装的高度不能超过500mm。

2)传动机构(齿轮、齿条)上升行程高于300mm，能承载200kg 以上的载荷，强度满足要求。

3）自锁装置因齿轮、齿条传动中不具备自锁功能，如没有自锁机构，在工装使用过程中会出现滑落现象，选用棘轮机构实现自锁。

2.2 工装传动机构设计

齿轮、齿条作为工装的主要传动机构，是工装设计的重点，根据工况要求，对齿轮、齿条、安装轴等部件进行具体的设计计算。

在齿轮齿条传动中，齿轮分度圆直径

式中d——齿轮分度圆直径；

v——齿轮转速；

n——齿条上升速度。

其中

式中L——齿条上升距离；

T——齿条完成时间；

n1——齿轮转动圈数。

将式（2）、式（3）代入式（1）得到

由式（4）可知，齿轮分度圆直径与齿轮转速、齿条转速无关，而是由拖盘达到上升距离所需的齿轮转动圈数决定的。因此，可以以分度圆直径作为齿轮的初始设计参数，基于工装箱体尺寸大小要求，先选定齿轮分度圆直径，再具体计算齿轮、齿条的基本参数。齿轮安装轴的直径可以根据轴所传递的扭矩大小确定。传动机构模型如图4 所示。

图4 齿轮、齿条传动机构模型

2.3 工装自锁机构设计

工装选用棘轮机构自锁，图5 所示是本工装手动式齿轮齿条自锁机构模型。工作原理：机构工作时，若用手顺时针摇动手柄，棘轮顺着棘爪上的导向销轴作顺时针方向转动，齿轮带动齿条往上运动顶升销轴；而当松开手柄时，棘爪销轴在弹簧作用下进入棘轮齿中阻止棘轮与齿轮运动，此时，即使在负载作用下，齿条也静止不动，实现自锁。当手柄做逆时针转动时，往上拉住棘爪销轴，使棘轮与棘爪销轴分离，棘轮、齿轮、齿条亦做逆时针转动，齿条回位。

图5 销轴工装棘轮机构模型

2.4 工装现场使用效果

工装整体外观尺寸符合场地要求，结构简单、操作方便、移动便捷，操作时将销轴置于托盘上，1人可以独立完成安装，现场使用效果良好。

3 结语

对长臂架混凝土泵车底架、支腿连接处重型空心销轴的安装设计了纯机械式的装配工装。介绍了工装设计的总体方案、工作原理及具体结构组成，对工装主要关键部件进行了设计分析。现场使用工装对销轴进行安装时，装配工人由原来的3 人减少至1 人，安装时间由原来的2h 减少至20min 左右，大大提高了工作效率，降低了劳动强度；同时也提升了作业安全性，保证了销轴及连接件的质量。工装结构简单、操作方便，具有较好的经济价值和较好的推广价值。