動車組外風擋拆卸及安裝輔助裝置的設計

□ 國 躍1 □ 劉 楊1 □ 劉敬祺2 □ 李樹枝1 □ 陳恩平

1.中車青島四方機車車輛股份有限公司 山東青島 266111 2.溫州中車四方軌道車輛有限公司 浙江溫州 325000 3.燕山大學 機械工程學院 河北秦皇島 066004

1 研究背景

動車組外風擋安裝于車輛中間貫通道連接處,主要作用是優化車輛空氣動力學,降低車輛運行過程中產生的阻力及風噪,并且作為車端緩沖器起減振作用[1-6]。此外,外風擋還可以改善車輛的外觀。隨著動車組持續運行,外風擋框架結構及橡膠組成受環境因素的影響,會受到損傷。為防止后續運行過程中發生外風擋失效、配件脫落等故障,在動車組高級修時,需對外風擋進行拆卸分解檢修。目前,外風擋的拆卸及安裝無輔助工具,主要依靠人工協作完成,存在危險性高、工作效率低、勞動強度大、工藝復雜等問題。

針對以上問題,筆者設計了一種輔助裝置,實現外風擋拆卸及安裝過程中的夾緊、定位、搬運工作,在保證安全施工的同時,降低勞動速度,節約時間,提高工作效率。

2 外風擋拆卸及安裝工藝分析

2.1 外風擋結構

如圖1、圖2所示,動車組外風擋主要由框架、壓條、橡膠膠囊等結構組成。橡膠膠囊通過緊固件安裝于框架上,內、外壓條對其定位壓緊。組裝完畢后的外風擋通過螺栓豎直安裝于車端通道兩側,安裝面間通常涂抹密封膠,起密封作用。

圖1 動車組外風擋示意圖

圖2 動車組外風擋結構

2.2 拆卸

為方便高級修時對外風擋框架、橡膠膠囊進行檢修,需要對解編后動車組的外風擋進行拆卸。由于外風擋框架與車體安裝面間已涂抹密封膠,以及長期配合后表面油漆的滲透作用,將框架緊固件拆卸后,需要由人工進行割膠,方能最終拆卸外風擋。因為外風擋高度超過2.5 m,鋼架結構具有質量大的特點,所以割膠拆卸過程中需要多人進行輔助防護,以防止外風擋跌落損壞、傷人。

2.3 安裝

外風擋安裝時,需要將外風擋立起,操作人員相互協作,將外風擋各安裝螺栓孔與車體上的螺栓孔對齊,安裝螺栓并擰緊。安裝完畢并進行扭力緊固后,安裝面間涂抹密封膠。安裝過程中,需要輔助人員對外風擋進行扶持定位。

3 外風擋拆卸輔助裝置的設計

3.1 整體結構

根據對動車組外風擋的拆卸及安裝進行分析,外風擋拆卸及安裝輔助裝置的主要功能為夾持,同時具有運輸及定位位置可調的功能。如圖3所示,外風擋拆卸及安裝輔助裝置由動力車、助力機械手、升降作業平臺、氣動扳手、電動手爪等部分組成。

圖3 動車組外風擋拆卸及安裝輔助裝置結構

動力車采用電池供電,可駕駛移動。動力車上設置升降作業平臺,通過升降滿足作業高度的要求。動力車上設置助力機械手,助力機械手頂端設置電動手爪。升降作業平臺上設置氣動扳手支架,用于懸掛平衡器和氣動扳手。支架內部提供氣動管道,為氣動扳手供氣。

3.2 助力機械手

外風擋拆卸和安裝時,電動手爪的位置應可調,以方便拆卸完一個外風擋之后不需要調整動力車位置就可以直接拆卸另一個外風擋,節約時間。助力機械手結構如圖4所示,由可伸縮立柱、大臂和小臂組成。大臂與小臂由伺服電機驅動齒輪嚙合,實現平面內的擺動,提供作業空間。小臂上有伺服起吊系統,帶動卷筒、鋼絲繩、滑輪組,實現電動手爪動作,使外風擋升降。

圖4 助力機械手結構

3.3 氣動扳手

為實現拆裝一體,方便實施作業,輔助裝置上設計了氣動扳手。氣動扳手由高壓氣驅動,進行旋轉運動。手持氣動扳手操作,可連續擰緊或拆卸螺母。氣動扳手有兩種:一種用于安裝螺母,扭矩為35 N·m;另一種用于拆卸螺母,扭矩為60 N·m。

3.4 電動手爪

電動手爪用于抓夾外風擋,由架體和兩個電動手指組成。電動手指安裝于架體上,抓緊外風擋兩邊的橡膠。卷筒帶動電動手爪提升,可提起外風擋。兩個電動手指設計為一固定一隨動結構,隨動電動手指通過滑塊安裝于架體的T形槽中,可以水平移動,用于調整兩個電動手指的間距,以適應外風擋抓取點的寬度變化。電動手爪結構如圖5所示。

圖5 電動手爪結構

為適應外風擋抓取面的形狀與位姿,電動手爪增加鉸鏈和關節軸承設計,以增大手爪的自由度。為保護抓取面,增大接觸面積,電動手指表面采用橡膠材料,滿足抓取力要求,同時不損傷外風擋。

4 結束語

當前,我國動車組正處于高速發展期,技術人員從各方面對動車組技術進行了研究和改進[7-11]。動車組外風擋拆卸及安裝輔助裝置以現有動力車操作平臺為原型,通過設計助力機械臂實現立柱的升降操作,通過伺服電機驅動齒輪嚙合,實現大臂、小臂在平面內的調整,同時設計自動及人工拖動兩種方式,實現助力機械手的自動化操作。電動夾爪采用一固定一隨動鉸鏈結構設計,在滿足夾取功能的同時,保證夾緊距離可調及夾取位姿的調整,夾取時不損傷外風擋。

應用動車組外風擋拆卸及安裝輔助裝置,解決了外風擋拆卸及安裝作業過程中需多人協作,作業時間長、效率低且存在安全隱患的問題,具有推廣應用價值。