高速動車組側墻焊接工裝改造研究

徐志強，楊建華，郝 利，林 通，徐 斌，王 越，李政彬

（1.中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063000；2.機械科學研究總院集團有限公司，北京 100044）

0 引言

自動化技術在機械生產制造中的應用極大的提升了生產效率和產品質量，是推動經濟社會發展的重要源動力。無論是從市場經濟角度還是提升企業核心競爭力，都應積極引進先進的自動化設備或進行自動化改造，充分發揮自動化技術的應用優勢，減少生產過程中對人的依賴性，從而降低人工成本和工作勞動強度。現有的焊接工裝自動化程度低，對人的依賴性很強，換型的工作勞動強度較高，安全性較低。因此，應結合技術發展狀況和工程實際應用情況展開研究，對焊接工裝進行改造，通過提高自動化的程度來提高效率和安全性。

1 現有問題

改造前的焊接工裝，在換型的時候，滾筒部分需要逐個完成滾筒的旋轉和定位，逐個完成撓度的位置調整，導致轉型的效率很低，勞動強度也較高，并且現有的定位精度較低，定位后仍有擺動，導致調至位置的難度增加且存在著損傷工件的隱患。預制撓度工位，目前需要在20mm的小范圍內記錄8個位置，精度不準確且容易混淆，換型需逐個調整，存在著效率低下的問題，誤差導致焊接后產品尺寸不達標的隱患。

2 改造方案

2.1 滾筒部分改造方案

如圖1所示，通過伺服電機，減速機，聯軸器與滾筒驅動軸連接到一起，用伺服電機的旋轉帶動滾筒旋轉，通過伺服電機控制旋轉的角度，從而實現換產過程中的滾筒旋轉。伺服電機保證了旋轉角度的精準性和速度角度的可控制性，角度精度可以達到0.0001°。選用較大減速比減速機提供滾筒旋轉所需要的大扭矩，保證了旋轉過程的穩定。這套機構較改造前不但保證了滾筒旋轉速度可控，旋轉平穩，且保證了旋轉角度可控且精準。

圖1 滾筒驅動軸改造方案Fig.1 Drum drive shaft renovation program

如圖2所示，滾筒共有八個工位，分別對應定位轉盤的八個定位銷孔，伺服電機帶動滾筒旋轉到需要的工作位置后，需要用定位銷定位，采用氣缸控制定位銷的插拔，到位后插入，拔出后按需旋轉到下一個工作位置。定位銷保證電機斷電之后，工件壓下對滾筒產生負載之后仍能維持精準的位置不晃動，保證支撐面與工件的面接觸，從而規避損傷工件的風險。同時控制系統中帶有安全保護，通過氣缸磁環開關檢測定位銷是插入還是拔出狀態，插入狀態滾筒不能旋轉，形成一個自鎖保護。

圖2 滾筒定位方案Fig.2 Roller positioning scheme

2.2 預制撓度部分改造方案

如圖3所示，定位塊共有八個位置，不同的車型需移動到不同的位置，原有裝置需人工逐個更改位置，效率低且不精準。經過改造，用伺服電機和梯形絲杠來控制定位塊的水平位置，并且可以準確的定位小范圍內多個位置，來適應不同的車型，可以做到八條梁同時工作，大大提高效率，并且由伺服控制位置，精準度較以前有很大的提升。

圖3 撓度部分改造方案Fig.3 Deflection partial reconstruction plan

2.3 壓臂改造方案

如圖4所示，帶壓緊裝置的懸臂要經常實現拉伸和縮回，原有壓臂由于設計結構原因，滑動摩擦力較大，存在伸出不流暢甚至完全卡死不能伸出的情況，經過研究改造，導致伸出困難的原因在于鋁屑的堆積導致滑動摩擦阻力增大，所以在伸出方管的前后各增加一個滾輪，前面的滾輪放置在下面，后面的滾輪放置在上面，由于將懸臂伸出的滑動摩擦改為滾動摩擦，大大減少了摩擦力，從而解決了懸臂伸出困難的問題。通過實際測試，拉伸力很小，大大減少了車間工人的勞動強度。

圖4 壓臂改造方案Fig.4 Pressure arm reconstruction plan

3 結論

經改造的焊接工裝實現了自動化控制，較改造前的原有工裝，實現了多工位同時工作，且位置由伺服電機控制，不但工作效率有了顯著提升，精度也得到了很大的提升。改造結果論證了提高自動化程度是現代化企業發展與提高效率的根本途徑之一。