浅述一种新型压入工装研发与应用

2022-11-02孙淼

中国设备工程 2022年20期

孙淼

（山东能源重装集团泰装工程装备制造有限公司，山东泰安 271000）

随着机械行业的快速发展对机械装配工艺的要求在不断提高，而现在装配工艺能否满足要求，能否快速有效地完成工作任务，完全取决于装配工艺水平。其中关键部件的装配工艺方法是整体产品质量的重要控制点。由于在牵引车装配过程中，制动一体轮毂螺栓装配方法是依靠人工锤击，安装后会出现不一致的现象，从而造成整车装配工作效率的下降，所以对于轮毂螺栓压入装配技术的研究非常有必要的。

1 设计背景

近年来，公司研发了新型阳极牵引车，该产品作为公司的拳头产品，已批量投入生产。在生产过程中，部分零部件装配质量得不到保证，其中新型制动一体轮毂是该产品的关键件，质量核心控制点。轮毂螺栓现有装配方法采用人工逐个目测车轮螺栓的部位，对准轮毂法兰面上的安装孔，利用铁锤将车轮螺栓逐个砸入到轮毂上，这种方式存在以下缺点：由于每个轮毂螺栓都需要人工目测去核对轮毂环形槽的安装位置，工作效率低下、劳动强度大、安全性低；经常出现由于目测不准确，轮毂螺栓未能垂直压入，发生位置偏移，轻微的需要将螺栓从轮毂螺栓孔内撬出后重新压装，严重的甚至会损坏轮毂螺栓及轮毂。

在阳极牵引车使用中保证车辆制动性能至关重要，同时为了进一步提高装配精度，降低劳动强度和装配难度，进一步提高生产效率，必须保证其装配质量。

2 设计情况介绍

（1）现今轮毂结构和安装要求，大部分机动车安装盘式制动器（也称为刹车盘），其通常由金属、碳或陶瓷材料制成，并与轮毂紧密连接。当制动时，位于盘状部件一对刹车片压向盘状部件，对盘状部件施压，产生摩擦使车减速。而现有的盘式制动装置一般是通过多个周向均布的轮毂螺栓将轮毂、制动盘和轮轴端部处的法兰盘固定安装在一起，各轮毂螺栓的旋紧力矩一般要求要均一，才能保证制动盘各处与卡钳制动时的稳定性，如果车轮螺栓的拧紧力矩过低，行驶时车轮螺栓会松开，有引发事故的危险，故影响装配维修效率和装配质量。

新型阳极牵引车现有轮毂结构（如图1）根据车辆使用安全性设计，制动盘与轮毂一体，平行排列。制动盘与轮毂法兰盘一体同轴平行，制动盘直径为460mm，轮毂法兰盘直径为410mm，两者仅仅差距50mm，上下间距也仅有134mm。安装时，在轮毂法兰面上需要均布安装12个螺栓，其安装位置在内侧垂直方向，无法使用普通压力机及拉马等设备。

图1

（2）设计分析及结构

根据装配要求首先分析了轮毂螺栓与安装孔过盈配合公差，孔径为φ20E8,上下公差为+0.073、+0.04，螺栓（如图2）为自主设计尺寸，装配连接处为圆环型，要求紧密配合性强，又通过分析各项影响压入力值的参数（如表1），计算了轮毂螺栓压入力值。

图2

表1

12 结合面最大单位压力（N/mm²） Pfmax 14.8148 13 压入力（kg） P 94.98

压装所需的压力一般为压入力的3～3.6倍，选定了反拉千斤顶的吨位为5T，然后设计了螺栓固定形式和压入结构（如图3）。

图3

设计按照压入力值选用满足屈服强度和抗拉强度的材料，结构既能满足装配要求，又能最大程度节省成本。工装主要采用左右对称反提拉式结构，由上平板、下压紧板同步装置、加强筋、支撑圆板组成。分两部分压紧固定，下压紧板底部分别对2个螺栓进行固定。装配时先将螺栓放入定型中间区域，将平头一边对正轴心，放入安装孔，2个对称位置的螺栓为一组，再将轮毂法兰面放上支撑圆板垫平，最后在中心放置千斤顶，通过起升作用，利用工装反作用力，将2个对称螺栓同步压入到位，最大程度保证了轮毂螺栓装配效果。

3 设计使用效果

该工装的成功研制，保证了工件的装配质量，提高了生产效率。工装使用后,螺栓安装更加便捷，原来2个人1个小时完成，现在1个人0.5小时完成，提高了生产效率，降低了劳动强度，操作安全性增加，保证了整体产品质量，为提高工作性能提供了强有力的保障。

4 设计的应用和提升

本套螺栓压入工装的成功研制也可以在同类结构产品中推广应用。关系阳极牵引车使用功能的另一关键件，整车提升装置摇臂，摇臂总装配前，需要在举升连接孔安装钢套，钢套在机械传动过程中起到固定和减小载荷摩擦系数的部件，该钢套与连接孔配合为过盈配合。安装中安装难度系数大，传统方式采取铁锤锤入，工作效率低下，劳动强度大，安全性低。

为了更好地提高生产效率，降低劳动强度，鉴于螺栓压入工装在生产中应用良好，为了最大程度的发挥工装的设计成果，该结构应用拓展设计了钢套压入工装。

4.1 设计背景

阳极牵引车的主要功能是实现铝材阳极的搬运，车辆有承载力大、运输速度慢的特点。在阳极运输装卸中，通过阳极托盘作为承载，放置在后车架上，后车设计提升功能机构（如图4），利用前后摇臂连杆与液压油缸的推动力控制托盘的举升和降落，实现阳极的装卸，并保证在车辆运输中的稳定性。其中摇臂的安装至关重要，摇臂中的钢套设计起到了固定和抗磨损的作用，可以说其组装质量直接影响到整车的功能性，其重要性不言而喻。

图4

4.2 设计结构与使用效果

提升摇臂分为2种，前后摇臂外形不同，尺寸存在差异（如图5、图6），内钢套尺寸也不相同，其差异设计是为了让托盘在举升和降落工作时，稳定承载重心，保证其承载力均布，平稳上下运动。

图5

图6

工装设计首先根据提升摇臂与钢套过盈配合尺寸，进行了压入力的计算，确定了材料屈服强度和抗拉强度规格，然后应用拓展螺栓压入工装的结构，设计了钢套压入结构（如图7），其利用千斤顶牵拉回力对钢套实施压入。该结构上下板采用了高强度板材，中间用160*63*6.5槽钢作为支撑梁，为了防止使用中作用力变形，在上部加焊了承力加强板，经过材料力学分析，选用了200*100*7工字钢，保证适合作用力范围工件的稳定性。设计后，生成三维模型，模拟实际作用力情况，进行了结构有限元分析，充分验证了工装结构及使用情况，保证了工装的可靠性和实用性。工装生产投入使用前，制定了工装使用操作规程，指导一线进行操作，保证了使用效果。