一種多工位自動翻轉組焊裝備的研制

□ 張海燕 □ 左淑莉 □ 李寶旺 □ 姚明哲

唐山軌道客車有限責任公司 制造技術中心 河北唐山 064000

目前鐵路客車車型種類繁多，包括高速動車組、城軌、地鐵等，且產品升級非常快。由于鋁合金具有質量輕、強度高、密封性能好的特點，其車體大多采用大型中空鋁合金型材焊接而成。

鋁合金車體三大部件主要包括車頂、左右側墻和底架，而且每個部件都要經過正反裝焊接工序，也就是說，如果要完成一組上述部件的焊接，需專用工裝8套，要投入大量資金及場地，很大程度上限制了技術的更新，所以一種多工位、多功能的自動化、柔性化自動焊接裝備的研制顯得至關重要。

1 工裝總體結構

分析車體大部件主要結構尺寸特點、焊接工藝及日后產品升級的需求，確定工裝整體采用橫梁陣列結構，需機械、電氣、液壓、氣動技術綜合應用，產品的水平頂緊及上壓緊采用液壓形式，滾筒式旋轉支撐梁轉動采用氣動形式，以改變工裝支撐板的輪廓，可以適應多種產品的焊接。

2 各裝置設計方案

考慮到工裝標準化、系列化、通用化的要求，采用模塊化組合結構，主要分為縱向基礎梁裝置、滾筒式旋轉支承裝置、上壓緊裝置、水平拉緊裝置等幾個主要部分（如圖1所示）。

2.1 縱向基礎梁

如圖2所示為縱向基礎梁，是整個工裝的高度安裝基準，每根長3 m，整體縱梁長24 m，縱梁間用高強度螺栓連接。

縱梁整體安裝后平面度要求小于0.5 mm，這就需要從設計結構上要充分考慮便于調整和定位。因此縱向梁下部安裝板每端用4個M16螺栓與地面預埋鐵內T型螺栓連接，每端用兩個M20螺栓調整高度，從而精確保證安裝要求。

2.2 滾筒式旋轉支承

如圖3所示為滾筒式旋轉支承，兩端與縱梁連接，滾筒設計成鏤空形式，在內部套筒上均勻焊接隔板，在隔板圓周方向出槽口，用來焊接立板形成安裝位置，各種產品定位支承塊就可安裝在沿圓周方向的8個槽中。

如圖4所示為滾筒端部結構，端部加工出星形滑槽，氣缸勾貝頭部滑入其中，通過氣缸伸縮帶動滾筒自動旋轉，實現不同部件、不同工件的焊接轉換。

2.3 上壓緊裝置

如圖5所示為上壓緊裝置，安裝在側梁上，每側安裝12個，采用液壓缸壓緊，上壓緊裝置采用套筒形式，可自由旋轉。壓緊臂是兩個穿入的矩形管，小矩形管四周裝有滑道，與外部矩形管內側滑動摩擦。

▲圖1 多工位自動翻轉組焊裝備

▲圖2 縱向基礎梁

圖6 為鋁合金側墻焊接時的工作狀態，滾筒上部安裝與側墻形狀相同的幾個支承塊用于支承。由于鋁合金大部件都是由幾塊型材拼焊而成，所以小矩形管可通過人工伸縮到需要壓緊的位置。當焊接完成需松開上壓緊裝置時，液壓缸桿縮回，轉動轉臂超過90°避開工件出胎。

2.4 水平拉緊裝置

如圖7所示，水平拉緊裝置安裝在兩側縱梁上，拉緊橫梁由兩根槽鋼拼接形成相對封閉的型腔，橫梁一端為固定定位塊，用螺栓與橫梁連接，用于定位鋁合金大部件一側，橫梁另一端可在橫梁內部型腔中滾動，其動力來自于液壓水平拉緊缸，可用于大部件的拉緊，使大部件在焊接前預制出所需的撓度。

▲圖3 滾筒式旋轉支承

▲圖4 滾筒端部

▲圖5上壓緊裝置

▲圖6 側墻焊接工作狀態

▲圖7 水平拉緊裝置

3 液壓系統工況分析及主要技術參數

3.1 載荷的組成

該組焊裝備主要采用鋁合金大部件的焊接，以側墻為例，由5塊25 m長的型材插接而成，在焊接時需預制出撓度10～12 mm，側墻一側頂住水平拉緊裝置一端固定定位塊（已做出上撓度），另一側用水平拉緊裝置拉緊。側墻根據實際使用要求，設8組水平拉緊裝置。拉緊完成后，需對側墻上部壓緊，每側安裝12組上壓緊裝置。由于側墻鋁型材強度很高且由5塊插接而成，焊接時反變形量及焊接應力都很大，初定工作載荷＞50 kN。

3.2 初選系統工作壓力及流量

根據載荷的大小及執行元件的裝配空間等因素，初定系統工作壓力為10 MPa，流量10 L/min。

3.3 液壓缸的主要結構尺寸

活塞桿受壓時的工作載荷F：活塞桿受拉時的工作載荷F：

式中：P1為液壓缸工作腔壓力，Pa；P2為 液壓缸回油腔壓力，Pa；A1為無桿腔活塞有效作用面積，m2；A2為有桿腔活塞有效作用面積，m2。

綜合考慮系統工作壓力及液壓缸實際工作情況，得到參數如表1所示。

3.4 液壓泵的選擇

綜合考慮液壓泵的最大工作壓力、流量及總效率，選用變量柱塞泵并確定泵站主要參數，電機功率為3 kW-4-V1，電機電壓為380 V-50 Hz，油箱容積為100 L，泵站帶風冷卻器。

3.5 液壓閥的選擇

根據系統的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選取如下規格：

（1）垂直下壓油缸手動換向閥組：工作壓力為350 bar，流量為50 L/min，二位四通手動控制帶定位。

表1 油缸主要參數

（2）水平推拉油缸手動換向閥：工作壓力為350 bar；流量為50 L/min；三位四通手動控制帶定位。

4 結束語

提制多工位自動翻轉組焊裝備所涉及技術涵蓋了機械技術、電氣技術、液壓技術、氣動技術、傳感技術，在工裝上用到了大量的成品件、傳動件、運動件。 由于該工裝技術含量的提高，因此，對工裝零部件的材質、熱處理、加工方法、裝配精度提出了高要求，在制造中，用到了加工中心、線切割、電火花、車銑刨磨等多種加工方法；在組裝過程中，更加強調組裝順序、組裝技巧。

［1］ 王文斌.機械設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006.

［2］ 蔡春源，楊文通.機械零件設計［M］.北京:冶金工業出版社，1994.

［3］ 陶崇德，葛鴻翰.機床夾具設計［M］.上海:上海科學技術出版社，1988.