基于自動化裝配的缸蓋氣門導管壓裝機設計

李海東

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261041)

?

基于自動化裝配的缸蓋氣門導管壓裝機設計

李海東

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261041)

針對氣門導管手動壓裝方式，存在操作者勞動強度大、安全隱患多，壓裝質量和效率受人為因素影響大，質量保證能力有限，無法滿足大批量生產任務需求的問題，介紹了一種進、排氣門導管實現自動壓裝的設計方案。方案占地空間小，滿足原有生產線工藝布局，實現生產線的省人化、自動化。該方案技術含量高、實現效果好，標志著氣缸蓋生產線裝備技術研究與工藝優化改進的新突破。經使用證明，滿足柴油機的性能要求，并取得了良好的社會效益和經濟效益。

氣缸蓋；氣門導管；自動壓裝

在柴油機氣缸蓋加工過程中，進排氣座圈、導管的壓裝是生產線關鍵工序之一，壓裝質量直接影響整機動力性能。因此，如何選用壓裝工藝和壓裝設備是缸蓋生產線建設中不可忽視的關鍵工藝環節。

1　設計背景及意義

1.1設計背景

WP10兩氣門氣缸蓋生產線設計為操作者手動完成導管的常溫壓裝，即操作者手動操作一臺單頭壓力機，通過液壓油缸驅動專用工裝完成氣缸蓋氣門導管的常溫壓裝。壓裝步驟為：操作者手持尼龍錘批量完成進、排氣門導管的手動預裝入缸蓋導管底孔，然后由操作者將預壓入氣門導管的氣缸蓋逐一推入到壓裝位，手動操作壓力機驅動壓頭壓下，一次完成進、排氣門導管的壓裝，操作者判斷壓裝到位后，手動操作壓力機油缸升起回原位，推入下一預壓入氣門導管的氣缸蓋，將上一工作循環中壓裝完成的氣缸蓋頂出至下料位，如此循環完成氣缸蓋進、排氣門導管的壓裝。

該種氣門導管壓裝方法存在操作者勞動強度大、安全隱患多，壓裝質量和效率受人為因素影響大，質量保證能力有限，無法滿足大批量生產任務需求等問題。

1.2設計意義

2015年圍繞公司裝備管理工作“促進兩化融合，實現智能制造”的總體要求，項目組根據WP10兩氣門氣缸蓋生產線現場工藝布局，設計并制造了一臺兩氣門缸蓋導管自動壓裝專機。專機主體為立式結構，完成進、排氣門導管的壓裝只需要兩個壓裝工位，方案占地空間小，滿足WP10兩氣門氣缸蓋生產線現場工藝布局。同時壓裝機自動完成氣缸蓋和氣門導管的自動輸送和選料，減少了輸送、篩選中的故障幾率，減少了維修時間和成本，綜合考量自動化程度和性價比等因素，該專機是當前WP10兩氣門氣缸蓋生產線實現進、排氣門導管自動壓裝的最優方案。

經使用證明，該自動壓裝機滿足柴油機的性能要求，并取得了較好的經濟效益，2015年5月，通過WP10兩氣門氣缸蓋生產線工藝驗證，工作節拍<37 s，設備綜合可動率>99.54%。

2　設計方案

2.1機械部分

該氣缸蓋導管自動壓裝機采用中通立式結構，主要由床身部分、上下料機動輥道及擋隔料裝置、兩個固定壓裝位、升降自由輥道、步伐輸送裝置、導管自動上料裝置、導管自動壓裝裝置、氣動系統、液壓系統和電氣控制系統組成。壓裝機設計總圖見圖1。

2.2液壓控制

鑒于壓裝類設備普遍存在漏油隱患，該自動壓裝機在設計上盡量避免或減少液壓系統的使用，從根本上解決設備漏露油這一難題，整機只有進、排氣門導管的壓裝采用液壓油缸驅動。

液壓系統詳細設計要求如下：

(1)參考手動壓裝導管時所用壓力機的液壓參數，設計制作一套專用于兩油缸壓裝的液壓驅動系統。

(2)根據工況要求(單支導管壓裝力≥20 kN、節拍40 s/件)進行液壓元件選型，其中壓裝油缸選型為：MOBR80X350FA，系統工作壓力4 MPa，液壓泵額定流量36 L/min。

(3)為避免壓裝到位后對工件表面造成壓傷，在壓裝油缸液壓控制環節增加液控單向閥，在壓裝到位后，通過壓裝油腔內的陡升壓力開啟該液控單向閥，對過載額壓力進行卸荷。

2.3氣動控制

該自動壓裝機的上料位擋隔料裝置、升降自由輥道、步伐輸送裝置、導管自動取送料裝置等環節均采用氣動驅動，在設計上避免或減少液壓驅動，從根本上解決設備泄漏油這一頑疾。

氣動控制還具有以下優點：

(1)結構簡單、輕便、安裝維護簡便。

(2)對沖擊負載和過負載有較強的適應能力，可實現緩沖。

(3)氣動電器元件的有效動作次數約為百萬次，可靠性高，使用壽命長等一系列優點。

氣動系統功能原理如圖2所示。

2.4電氣控制

電氣控制系統采用S7-300PLC CPU315-2DP作為主要控制元件，按鈕站由一個西門子MP277-10英寸薄膜按鍵式人機界面和少量按扭組成。通過西門子編程軟件進行硬件組態，并在按鈕站內設一個DP分站，最終實現了PLC與人機界面及分站之間PROFIBUS DP通訊。

人機界面的設計：按照人機工程學，機床工作狀態、故障診斷等環節均在控制屏上可視化，并最終實現了機床工作狀態即時的動態顯示，增強人機交互性。圖3 人機界面。

程序設計方面：根據機床動作的邏輯順序，采用西門子S7-GRAPH編程語言及程序步自帶的互鎖跳轉功能，實現機床動作流程的設計，控制程序更加合理有序，方便動作調試及故障診斷和維修。

運用一系列防錯設計，包括：缸蓋姿態、有無料檢測、料滿停止，導管有無料檢測，漏壓裝檢測，機床狀態、工作過程、故障診斷等環節，均實現在人機界面上的故障自診斷及動作超時報警，防錯技術的設計應用，有效提高設備操作的可靠性和工作的穩定性。

3　工作原理及性能分析

3.1工作原理

氣缸蓋通過機動輸送輥道完成自動上、下料，上料輥道設置相應擋隔料裝置對氣缸蓋進行分料，由步伐輸送裝置逐一將氣缸蓋從上料位準確輸送到兩個固定壓裝工位和下料位，壓裝過程氣缸蓋采用升降自由輥道落下配合“一面兩銷”定位的方式，通過升降氣缸驅動自由輥道落下，對氣缸蓋燃燒室面兩主副定位銷進行插銷定位，將氣缸蓋精確定位在固定壓裝位上，保證了壓裝過程中壓頭與氣缸蓋的位置度、垂直度要求。圖4為缸蓋步伐輸送及定位壓裝結構圖。接料裝置接完導管后，把導管自動送入壓頭銜料，通過液壓缸驅動壓頭，完成進、排氣門導管壓裝。

導管壓裝深度通過壓頭壓靠在彈簧座圈面進行限位控制；導管的銜料機構為自主開發的Y型橡膠圈夾持結構，避免對導管內外表面的磕碰傷。圖5為壓頭結構示意圖。

進、排氣導管共用1個自動料倉，操作工先將導管放置在上料料斗里，采用電脈沖震動雙通道送料，主要由送料組件、雙料道、取料組件、固定架、檢測裝置、上料組件等組成。圖6為導管取送料裝置總裝圖。

3.2性能分析

該氣缸蓋導管自動壓裝機采用先進的設計理念，模塊化設計，充分考慮人機工程學，采用一系列防錯設計，包括：缸蓋姿態、有無料檢測、料滿停止，導管有無料檢測，漏壓裝檢測，機床狀態、工作過程、故障診斷等環節均在控制屏上實現可視化，設備所有機械動作均實現電氣互鎖，缸蓋輸送、導管取送料及壓裝過程均為全自動循環方式，設有三色燈和防護網等安全防護措施，有效防止操作人員和設備受到傷害和損壞。設備主要元器件采用國際知名公司的產品，保證設備具有良好的可靠性和穩定性。

經使用驗證，該自動壓裝機滿足柴油機的性能要求，并取得了較好的經濟效益，2015年5月，通過WP10兩氣門氣缸蓋生產線工藝驗證，實際工作節拍<37 s，設備綜合可動率>99.54%。

4　結語

該項目技術含量高、實現效果好，實現了裝備技術研究與工藝優化改進的新突破，大幅降低了人為因素造成的安全、質量隱患，生產線實現省人化、自動化，在保證產品品質一致性、產品質量等方面顯著提高，提高了生產效率和過程保障能力，提升產業競爭力、產品競爭力。

該氣缸蓋導管自動壓裝機自制成本40萬元，較東風汽車公司設備制造廠2014年報價94萬元，節約新設備采購成本54萬。避免磕碰返工，根據統計年節約返工費支出3.6萬元。可減少該工序操作者兩名，年節約工資性支出12萬元。

2015年9月，在該項目的基礎上，自主設計制作完成一臺WP9聯體缸蓋導管半自動壓裝機，目前已完成現場調試，將于10月份投產。

2015年9月，與大連智云自動化裝備股份有限公司合作，開發WP9聯體缸蓋導管、閥座全自動壓裝機，目前已通過設計方案、圖紙會簽。

[1] 霍玉芳, 趙天明, 郭玉坤. 壓力、位移監測系統在缸蓋導管閥座壓裝中的應用研究[J]. 汽車實用技術，2011(5): 73-75.

[2]於雙月, 池文慧, 區云鋒. 缸蓋氣門導管與座圈壓裝質量控制[J].裝備制造技術，2015(2): 166-167.

[3]大連組合機床研究所. 組合機床設計：第一冊 機械部分[M] .北京: 機械工業出版社，1975.

[4] 殷世福,陳國友. 發動機缸蓋氣門座圈壓裝工藝[J].金屬加工：冷加工，2012(22): 35-37.

(編輯孫德茂)

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Design of cylinder head valve guide press-fitting machine based on automated assembly

LI Haidong

(Weichai Power Co., Ltd., Weifang 261041, CHN)

For press-fit the valve guide manual mode, there is a labor-intensive operator, security risks, press-fit quality and efficiency by human factors impact, limited quality assurance capabilities, the problem of mass production can not meet the needs of the mission. This article describes an intake and exhaust valve catheter achieve automatic press-fit design, small footprint program to meet the original production line process layout, production line with less labor and automation.The program technology content, good to achieve results, marking the cylinder head production line equipment and technology research and process optimization improvements breakthroughs, through the use to prove to meet the performance requirements of the diesel engine, and achieve good social and economic benefits.

cylinder head; valve guide; automatic press-fitting

TH122

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.003

李海東，男，1983年生，學士，高級工程師，研究方向組合機床、自動線及數控機床的設計、維修及調試。

2016-01-26)

160814