多種藥件壓制成型升降輸送工藝設備創新設計

代冬生

（上海通彩機器人有限公司，上海）

隨著現代軍事發展的需求，武器口徑是越來越大，種類是越來越多，威力是越來越猛，所以戰斗部藥件品種也在不斷增多，規格不斷增大，對所配套的壓藥機的要求也是越來越高。

由于受傳統壓裝藥方法的影響，在壓裝藥方面采用固定輸送方式進行生產壓制成型。對壓藥機適應產品范圍的要求不斷增加，對所配制壓藥機的開口和行程也在不斷增大。而軍工產品生產的最基本特點是:多品種小批量生產，每個產品的產量少，屬于離散型生產;產品的結構和工藝有較大的差異，生產的穩定性和專業化程度低，生產過程間斷時間、工藝路線和生產周期都很長[1]。所以采用固定壓藥小車軌道方式進行生產壓藥，已不能適應現代壓裝藥發展的需求，急需對其進行技術改進和針對壓藥環節中技術癥結進行創新設計。

1 方案分析

固定壓藥小車軌道輸送方式不僅限制了下頂式壓藥機的上升工作行程，導致在壓制較短藥柱產品或模具較低時，模具上方或下方所留空間過大，并在壓藥過程中需增配較多墊板和其他工裝來滿足不同產品的工藝需求，這樣就增加了壓藥周期和科研研制及生產成本，而壓藥機行程卻無法得到充分使用，設備能力不能充分發揮，因此，需要針對以上壓裝藥生產中存在的技術問題進行創新設計。

在創新設計過程中，固定壓藥小車軌道在壓機中間，所以必須分析壓藥機結構和工作特點。壓藥機采用三梁四柱液壓機結構，自下向上方式進行壓藥;采用比例伺服及雙閉環反饋控制，壓力能無級調整;壓機限位采用直線位移傳感器控制，并設置上下極限行程開關進行保護，保證滑塊不會超程運行，能夠完成定壓成形和定程成形兩種工作方式[2]。

另外，結合壓藥工藝過程中的安全要求和操作規程等，能否利用壓藥機上下壓藥工作行程，在不增加外界動力的條件下滿足壓藥需求。

通過反復論證和多種方案比較最終分析得出:原導軌長度不變，將原導軌長度方向截斷，變成可上下運動的升降導軌，增加壓機開口有效高度，再對升降導軌和壓藥小車進出抗爆間進行約束設計和其他結構創新設計能滿足多品種小批量壓藥需求，使壓藥生產更加柔性化。

2 有效高度分析

壓裝法壓藥是彈藥裝藥中被廣泛采用的裝藥方法之一，是將散粒體炸藥裝入模具中，用沖頭施加一定的壓力，將散粒體炸藥壓成具有一定形狀、一定密度、一定機械強度的藥件或裝藥，具有使用的炸藥廣、生產周期短、爆轟感度大等優點[3]。

壓裝模具是壓裝生產中重要的工藝裝備，是根據藥柱的幾何形狀和尺寸進行設計的。壓藥模具安裝在壓藥小車上，主要由沖頭、導向套、模套和底座等組成，底座與壓藥小車連接。如圖1 所示。

圖1 帶導向套壓藥模具

在模套內徑尺寸確定的條件下，模套的高度應根據炸藥的藥量、松裝密度和沖頭在模套中的定向高度來確定。具體是首先根據圖紙尺寸及密度要求計算裝藥量; 將所計算的裝藥量除以模套內徑面積和炸藥的松裝密度，得到一高度值；在此高度值基礎上加上沖頭工作長度的2/3(至少不低于工作長度的1/2)，作為模套高度的圖紙設計值。

2.1 固定壓藥小車軌道輸送方式高度分析

高度分析時必須要了解輸送軌道的安裝方式。以壓機工作臺面為基準安裝墻內軌道，保證墻內軌道與壓機中心的尺寸要求。墻內軌道在左右方向上按距壓機中心指定尺寸布置，同時還要保證墻內軌道前端面距壓機中心距離、墻內軌道后端面距驅動裝置距離。然后以墻內軌道為基準安裝墻外軌道，保證墻外軌道中心軸線與墻內軌道中心軸線以及高度、驅動裝置軌道中心軸線與墻內軌道中心軸線以及高度一致。

固定壓藥小車軌道輸送方式壓藥核心單元主要由壓機、梳形件、壓藥模具、固定軌道以及固定壓藥小車等組成。固定壓藥核心單元高度尺寸鏈為H=h0+h4+h3+h2，其中，壓機有效開口高度為H，壓藥模具高度為h0，梳型件高度為h4，固定壓藥小車軌道距壓機下底面高度為h3。如圖2 所示。

圖2 固定壓藥核心單元高度尺寸鏈

從圖2 中可以看到，固定壓藥小車軌道輸送方式會導致模具下方留下了一段高度為h3的空間，此高度空間過大，且無法利用，只能在壓藥過程中增配相應厚度墊板來解決，以達到壓藥過程中合理受力。墊板又厚又重，一是不好更換，設備靈活性差，二是增大了工人的負擔和勞動強度，使事故發生的概率和風險增加，不利于保障員工人身安全，降低了安全本質化生產。

2.2 可升降軌道輸送方式高度分析

可升降軌道輸送方式壓藥核心單元主要由壓機、梳形件、壓藥模具、活動軌道以及壓藥小車等組成。可升降壓藥核心單元高度尺寸鏈為H=h0+h4+h5+h1,其中，壓機有效開口高度為H，壓藥模具高度為h0，梳型件高度為h4，可升降軌道距壓機下底面高度為h5。如圖3 所示。

圖3 可升降壓藥核心單元高度尺寸鏈

從圖3 中可以看到，可升降軌道輸送方式會將固定壓藥小車軌道輸送方式造成的模具下方無法利用的一段高度為h3的空間一部分高度分給壓藥小車，使這段高度有h3減小到h5(h3＞h5)，有效行程由h2增大到h1(h2＜h1)。這樣，壓藥小車就設計成了“U”型結構，一方面增加了壓機的有限行程，直接就提高了壓機的有效工作范圍，這就縮短產品切換時間，柔性大，另一方面減少了在制品，還相對的減少了作業場地，使工位周邊空間利用率更高，還有就是兩側支撐柱在軌道中間來回運動，具有相互限制作用，提高設備運行過程中的安全性，減少傷人事故發生的可能性，再就是減小了墊板厚度，降低了墊板重量，在降低成本的同時減輕了勞動強度。

3 技術原理

將壓藥機工作臺上的固定導軌前后截斷，成為升降導軌，并增設導向機構，保證升降導軌在壓藥時沿上下方向可隨壓藥行程自行移動; 在升降導軌與固定導軌銜接處增設托槽限位裝置和固定式支架，分別固定在壓藥機底座上，保證壓藥機上升降導軌在壓藥完成后能與固定導軌完全對接，使壓藥小車可沿水平方向進出抗爆間，并利用閘門裝置保證壓藥生產安全性。采取上述措施，解決了固定導軌在壓藥時與工作臺面相互干涉的技術問題，同時并不影響壓藥小車進出抗爆間工作，有效地利用了壓藥機壓藥時的工作行程。

創新設計后的升降輸送工藝設備主要由可升降軌道裝置、閘門裝置、壓藥小車、驅動輸送裝置和氣動系統等組成。如圖4 升降輸送工藝設備示意。

圖4 升降輸送工藝設備示意

3.1 壓藥小車創新設計

為了保證壓藥過程壓藥小車始終在壓藥機中心位置，使壓藥過程不發生偏載，確保安全壓藥，對其壓藥小車的牽引拉桿加長處理，并能使其牽引桿與輸送氣缸的托車掛鉤完全結合，使壓藥過程壓藥小車上下運動時，掛鉤能分離自如，不會影響壓藥小車位置。

支撐柱不能做成通長的，必須在與小車體相連時增加墊板。這一方面可以用來調節高度，增加裝配調整的靈活性，一方面是支撐柱可以根據不同的需求和用途進行更換，使壓藥小車更加靈活，從而減少設備的種類和數量，達到了降低生產成本和提高生產效率的目的。

3.2 驅動輸送裝置創新設計

輸送氣缸托架是將氣缸動力傳遞到壓藥小車上，并牽引壓藥小車進出抗爆間，完成人機隔離壓藥。那么氣缸托架的位置將不能影響壓藥小車的位置，但在壓藥時，不能參與壓藥的上下運動，設計中必須保證氣缸托架位置不能有明顯變化，利用輸送氣缸底部緩沖結構和氣缸最大行程位置，確保氣缸托架每次工作中的位置準確。另外結合輸送氣缸內置磁性開關，來檢測氣缸托架位置，確保壓藥工作循環正確，不會發生誤動作。

3.3 可升降導軌創新設計

可升降導軌是這次改進中的關鍵部件，既能上下運動，又要準確停止，還要有高的運動精度等。因此設計了精確導向定位裝置，采用了精密導向銅套，滿足了壓藥安全要求和運動精度需求。每根可升降導軌配置兩套精確導向定位裝置，并將其固定在壓藥工作臺上，保證了可升降導軌的直線位置和水平精度。固定導軌雖然不運動，但在升降導軌部分處截斷，影響到其剛性;在接縫處要求過渡平滑，不得影響壓藥小車進出抗爆間的運動。因此在接縫處設計了支架，加強了導軌剛度，同時還在導軌接縫處增加了托槽定位裝置，保證升降導軌與固定導軌平滑對接。在壓藥過程中，可升降導軌可以隨壓藥機工作臺上下運動，并可自動適應不同壓藥行程，滿足壓藥生產需求。所以創新設計后的可升降軌道裝置主要由外道軌、內道軌、升降內道軌、導向機構及支架等組成。如圖5 可升降軌道裝置示意。

圖5 可升降軌道裝置示意

導向機構的支座利用T 型螺栓固定在工作臺面上，導向機構的導向軸一端與升降內道軌組裝好后再焊接在一起，這是為了保證道軌的穩定性和準確性，支座采用中孔設計，上端裝有銅套，然后將導向機構的導柱放入銅套中，保證升降內道軌能上下移動，從而實現可升降功能。

導向機構在可升降導軌單元中起著重要的作用，主要用于導向、支撐和定位。具體來說包括:導柱能夠保證可升降導軌在上下往復移動過程中正常進行對中，防止出現定導向不到位的情況，從而保證可升降導軌的正常使用; 導柱能夠在可升降導軌頂出的過程中支撐升降內道軌和壓藥小車滾輪，防止出現導軌的歪斜情況，保證升降內道軌和壓藥小車滾輪在進行作業時處于穩定的運作中; 導柱能夠將可升降導軌單元中的各個部件定位在正確的位置上，確保運行過程中精度和穩定性。

在外道軌的前端安裝了兩個液壓緩沖器，主要有以下作用: 在壓藥小車運動過程中對其進行緩沖和減速，從而起到一定程度的保護作用;由于液壓緩沖器能夠將壓藥小車的運動速度逐漸降低并最終停止，因此能夠降低工作過程中的噪音。

4 設備主要創新點

4.1 截斷導軌，有效提高設備使用范圍

充分利用壓藥機上下移動壓藥的工作特點，將原有固定導軌改成可上下移動并能自適應壓藥行程的升降導軌，以此更靈活地適應不同的場景和需求，同時為升降導軌設計了導向限位裝置和支撐支架及托槽等，以確保導軌升降過程中的穩定性和安全性。所以在沒有新增外部動力的情況下，充分發揮了設備的有效功能，提高了設備的使用范圍。

4.2 減少工裝輔具，降低勞動強度

因為工裝輔具通常是一些輔助工具和裝置，是用于協助工人完成各種任務，如果使用過多的工裝輔具，會增加工人的負擔和勞動強度，所以減少工裝輔具可以減輕工人的負擔，降低勞動強度;減少了更換壓藥模具定位柱和工作調整墊板的次數，降低事故發生的概率和風險。

4.3 多功能性

升降輸送工藝設備的創新設計充分發揮了現有壓藥裝藥設備的壓藥行程，能夠滿足不同的需求和用途;還提高了壓藥精度和產品質量，擴大了壓藥模具高度使用范圍，增強了壓藥模具的柔性化生產，而降低生產成本和提高生產效率。

5 結論

通過此項創新設計，有效地解決了下頂式壓藥機不能全程壓藥的技術難題，充分發揮了設備的最大有效能力，能滿足了藥件小批量、多品種壓制成型及生產需要，增強了產品應變能力，實現了火工品柔性化生產。同時降低勞動強度，保障員工人身安全，對提高火工品的自動化工藝水平具有一定的借鑒和推廣意義。