汽車(chē)節(jié)能冷卻管生產(chǎn)設(shè)備的研究*

黃勤芳，劉升旭，艾鴻濱，梁立興

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530226；2.南寧市安和機(jī)械設(shè)備有限公司，廣西 南寧 530007）

全球最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)重載汽車(chē)“國(guó)六”標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)我國(guó)的汽車(chē)排放提出了更嚴(yán)格的節(jié)能降耗要求，升級(jí)重型汽車(chē)系列行動(dòng)對(duì)渦輪增壓技術(shù)革新帶來(lái)新機(jī)遇。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于重型工程車(chē)輛，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器產(chǎn)生壓縮空氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣量，提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率、降低燃料消耗[1]。但同時(shí)渦輪增壓器產(chǎn)生的壓縮空氣壓力和溫度升高，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命有影響，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效能。因此，渦輪增壓產(chǎn)生的壓縮空氣一般需經(jīng)中間冷卻器冷卻后再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，中冷器的作用就是降低壓氣機(jī)后壓縮空氣的溫度，溫度降低可提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率[2]。實(shí)際應(yīng)用中，在重型車(chē)上采用渦輪增壓系統(tǒng)后，會(huì)導(dǎo)致中冷器進(jìn)氣溫度的升高，中冷器鋁材的熱應(yīng)力急劇提高。在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的疊加下，中冷器出現(xiàn)變形而失效的概率增大，一般常見(jiàn)情況是，溫度過(guò)高的壓縮空氣通過(guò)中冷器進(jìn)氣口時(shí)，會(huì)使中冷器散熱管進(jìn)氣側(cè)0～30 mm處破損等而失效，壓縮空氣經(jīng)過(guò)中冷器管口到中部后，溫度有所下降，因此散熱管中部不會(huì)出現(xiàn)失效破損情況。前期研究中，新型節(jié)能加強(qiáng)型中冷器管的冷卻管解決了因進(jìn)氣溫度過(guò)高導(dǎo)致管道破損的問(wèn)題，本研究則需解決節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備研究，以促進(jìn)節(jié)能加強(qiáng)型中冷器管的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1 研究基礎(chǔ)

國(guó)內(nèi)已有一些學(xué)者對(duì)汽車(chē)?yán)鋮s管生產(chǎn)工藝與設(shè)備進(jìn)行了研究。劉國(guó)等[3]研究了一種用于中冷器管雙向穿內(nèi)翅片的加工設(shè)備，該設(shè)備包括內(nèi)翅片送料裝置、推送部件、驅(qū)動(dòng)裝置A、穿內(nèi)翅片平臺(tái)、中冷器管送料裝置A和中冷器管送料裝置B，推送部件往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次就可以將兩個(gè)內(nèi)翅片分別穿插進(jìn)兩個(gè)中冷器管中，完成兩個(gè)中冷器的組裝；張北生[4]研發(fā)了一種汽車(chē)中冷器扁管內(nèi)翅片插裝機(jī)，該裝置包括內(nèi)翅片進(jìn)料單元、內(nèi)翅片壓緊單元、扁管貯料單元、內(nèi)翅片推進(jìn)單元、推管單元，可以實(shí)現(xiàn)翅片自動(dòng)插入扁管，并將扁管自動(dòng)推入扁管收集箱。劉國(guó)等[5]研究了一種用于穿內(nèi)翅片機(jī)的定位機(jī)構(gòu)及穿內(nèi)翅片機(jī)，該定位機(jī)構(gòu)包括承托架、均設(shè)在承托架上的定位塊、第一水平驅(qū)動(dòng)單元、第一豎直驅(qū)動(dòng)單元。文獻(xiàn)[3-5]雖然解決了一些傳統(tǒng)的加工方法中存在的問(wèn)題，但是，文獻(xiàn)[4-5]的方法依然存在加工效率不高的問(wèn)題，而且所提到的冷卻管生產(chǎn)設(shè)備指的是傳統(tǒng)的中冷器冷卻管生產(chǎn)設(shè)備，其中冷器管沒(méi)有加固片，本研究所提到的節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管帶有加固片，業(yè)內(nèi)沒(méi)有參考先例。

通過(guò)對(duì)組裝加強(qiáng)型冷卻管生產(chǎn)廠家的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前主要采用人工裝配的方式生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，安全性差，次品率高，因此，研發(fā)了節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該汽車(chē)節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備安全性高，大幅提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品合格率，滿足企業(yè)大規(guī)模和綜合化加工的需求。

2 加強(qiáng)型冷卻管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝分析

汽車(chē)加強(qiáng)型冷卻管一般由鋁合金材料制成，按照冷卻介質(zhì)的不同，常見(jiàn)的冷卻管可以分為風(fēng)冷式和水冷式兩種[6]，對(duì)于裝備了渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，冷卻管的介質(zhì)是風(fēng)冷，是渦輪增壓系統(tǒng)中冷器的關(guān)鍵核心部件。

傳統(tǒng)中冷器冷卻管和節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管的區(qū)別就在于，加強(qiáng)型冷卻管在普通冷卻管的兩端口上下側(cè)脹接加固片，增加管口強(qiáng)度，解決管口破損的問(wèn)題，普通管和加強(qiáng)型冷卻管的結(jié)構(gòu)比較如圖1所示。

圖1 普通冷卻管與加強(qiáng)型冷管

結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，對(duì)汽車(chē)節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管生產(chǎn)工藝分析，生產(chǎn)工藝示意圖如圖2所示，包括冷卻管（中冷器散熱管）成型工藝、加固片組裝工藝、翅片成型工藝、翅片組裝工藝。其中，冷卻管的成型、內(nèi)翅片的成型及加固片的生產(chǎn)由專(zhuān)用的設(shè)備生產(chǎn)實(shí)施，翅片、冷卻管空管及加固片裝配生產(chǎn)由本文研究設(shè)備生產(chǎn)。

圖2 加強(qiáng)型冷卻管的生產(chǎn)工藝示意圖

3 生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在前述傳統(tǒng)冷卻管生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)具體的條件，研究設(shè)計(jì)節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管的生產(chǎn)設(shè)備，根據(jù)上述工藝流程，研究設(shè)計(jì)汽車(chē)節(jié)能加強(qiáng)型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該設(shè)備主要由電器控制系統(tǒng)、機(jī)架總成、空管定位及輸送組件、振動(dòng)盤(pán)供料裝置、加固片裝配段總成和插翅片段總成組成。

圖3 冷卻管生產(chǎn)設(shè)備

空管定位及輸送組件為左右兩件，且分別固定在機(jī)架總成前端部，各空管定位及輸送組件的外側(cè)分別與振動(dòng)盤(pán)供料裝置連接，后端部分別與加固片裝配段總成的前端連接，機(jī)架總成前端安裝有插翅片段總成、電器控制系統(tǒng)與空管定位及輸送組件、振動(dòng)盤(pán)供料裝置、加固片裝配段總成及插翅片段總成電性連接。

電器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括控制面板、輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，并且在控制面板上設(shè)有觸摸屏、開(kāi)關(guān)按鈕和指示燈。

圖4 電器控制系統(tǒng)

空管定位及輸送組件主要由能夠輸入各種規(guī)格空管的進(jìn)料組件和能夠?qū)⒖展軠?zhǔn)確輸送到工位上的物料輸送部件構(gòu)成，如圖5所示。在進(jìn)料組件左右設(shè)有兩個(gè)進(jìn)料側(cè)板總成并分立于物料輸送部件的兩側(cè)，進(jìn)料側(cè)板總成的外側(cè)底部各安裝有一組管口校準(zhǔn)部件。

圖5 空管定位及輸送組件

加固片裝配段總成包括三組翻管總成以及底板組件兩個(gè)部分，結(jié)構(gòu)如圖6所示。底板組件的底部設(shè)有滑動(dòng)導(dǎo)槽，通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)槽安裝在機(jī)架總成上，在三組翻管總成的左右兩側(cè)各設(shè)有一組安裝有動(dòng)模油壓限位總成的加固片裝配動(dòng)模組件，在各組動(dòng)模油壓限位總成的另一側(cè)各連接有一組加固片分料導(dǎo)槽裝置，并且在各組加固片分料導(dǎo)槽裝置的前后兩端各安裝有一組加固片夾送機(jī)械手。

圖6 加固片裝配段總成

4 生產(chǎn)工藝流程

本研究提出的汽車(chē)節(jié)能冷卻管生產(chǎn)工藝流程如圖7所示。

圖7 工藝流程圖

4.1 空管的落料、定位及輸送

1）空管的落料及位置的調(diào)節(jié)：根據(jù)空管的規(guī)格，旋轉(zhuǎn)空管寬度調(diào)節(jié)組件，使得進(jìn)料組件與空管規(guī)格相適應(yīng)。將空管放入進(jìn)料組件的兩側(cè)進(jìn)料側(cè)板總成之間，完成落料工序。

2）空管的定位：打開(kāi)左右兩組空管定位部件的空管，夾緊氣缸，使得空管腔定位板插入空管的兩端口。空管管口的校對(duì)，使用校口夾持板夾持空管兩端，伸出校口刀插入空管的管口，使得在焊接工序中造成的變形被矯正。

3）空管的輸送：校口刀從空管的管口退出，打開(kāi)物料輸送部件使輸送機(jī)架向前運(yùn)動(dòng)，直至送管U形座與空管對(duì)準(zhǔn)，空管落入送管U形座，將空管往下道工序輸送。

4.2 空管與加固片脹接

1）加固片的分料：加固片通過(guò)振動(dòng)盤(pán)供料裝置進(jìn)入分料導(dǎo)槽裝置，打開(kāi)加固片推送組件，使得加固片向前運(yùn)動(dòng)。

2）空管的夾送：將空管輸送到翻管組件，將空管翻轉(zhuǎn)90°到加固片的裝配工位。

3）第一和第二個(gè)加固片輸送：通過(guò)機(jī)械手夾取加固片，將第一和第二個(gè)加固片輸送并定位到左右各組加固片裝配動(dòng)模組件的凸模上，使得加固片與空管緊密配合。

4）加固片與空管的脹接：左右各組凹模向凸模運(yùn)動(dòng)，將加固片與空管兩端頭內(nèi)腔的各上孔口進(jìn)行脹接。

5）翻轉(zhuǎn)：起動(dòng)翻管總成將空管翻轉(zhuǎn)180°并輸送到加固片裝配工位。

6）第三和第四個(gè)加固片輸送：通過(guò)機(jī)械手夾取加固片，將第三和第四個(gè)加固片輸送并定位到左右各組加固片裝配動(dòng)模組件的凸模上，使得加固片與空管緊密配合。

7）加固片與空管的脹接：左右各組凹模向凸模運(yùn)動(dòng)，將加固片與空管兩端頭內(nèi)腔的各上孔口進(jìn)行脹接。

4.3 內(nèi)翅片輸送工段

1）內(nèi)翅片的輸送：將內(nèi)翅片放入輸送槽，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)內(nèi)翅片從右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板時(shí)，活動(dòng)限位組件升起，打開(kāi)右側(cè)的內(nèi)翅片輸送槽，該內(nèi)翅片進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板；第二個(gè)內(nèi)翅片從右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板時(shí)，活動(dòng)限位組件下降，堵住內(nèi)翅片輸送槽，打開(kāi)左側(cè)的內(nèi)翅片輸送槽。

2）內(nèi)翅片的吹送：吹嘴組件使內(nèi)翅片按照預(yù)設(shè)的軌道準(zhǔn)確進(jìn)入下一裝配工位。

4.4 冷卻管的裝配及輸送

1）冷卻管的裝配：將左內(nèi)翅片推送入空管的左腔；將空管調(diào)頭，將右內(nèi)翅片推送入空管的右腔，汽車(chē)節(jié)能冷卻管裝配完畢。

2）裝配組件的輸送：將空管橫架在送管U形座上，由移動(dòng)組件輸送到內(nèi)翅片裝配工位。

3）檢驗(yàn)入庫(kù)：將裝配完畢的汽車(chē)節(jié)能冷卻管進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后入庫(kù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目組在實(shí)地調(diào)研汽車(chē)?yán)鋮s管生產(chǎn)設(shè)備及工藝的基礎(chǔ)上，研究了一種汽車(chē)節(jié)能冷卻管生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程。該設(shè)備既提高了冷卻器生產(chǎn)的效率，又可降低成本，滿足了企業(yè)對(duì)設(shè)備的要求，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[7]。