汽車發(fā)動機(jī)缸蓋單向閥壓床的設(shè)計(jì)與研制

胡 罡，姚 旺

（湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院股份公司，武漢 430070）

0 引言

發(fā)動機(jī)作為汽車的核心零部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到整車的綜合性能。缸蓋是汽車發(fā)動機(jī)的主要零部件，其裝配的精度直接影響發(fā)動機(jī)的總體性能，因此對缸蓋單向閥進(jìn)行高效和精確的壓裝顯的尤為重要。單向閥壓床的工作性能不僅影響單向閥壓裝質(zhì)量的好壞，而且還決定了整條缸蓋裝配線生產(chǎn)效率的高低。目前國內(nèi)大部分汽車缸蓋生產(chǎn)線都是采用油壓缸或者氣液增壓缸對單向閥進(jìn)行較大壓力的一次性壓裝[1～3]，所以單向閥壓裝方向是否正確無法得知，而且壓裝力的大小也無法進(jìn)行監(jiān)控，因此也就無法確認(rèn)單向閥和缸蓋安裝孔之間的裝配過盈量是否合適。若過盈量太大，單向閥表面會受損甚至開裂，嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)使用壽命；若過盈量太小，則單向閥和安裝孔之間密封不嚴(yán)，會導(dǎo)致漏泄，引起汽車使用的安全隱患。本文通過分析上述壓裝過程中存在的缺點(diǎn)和不足之處，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，設(shè)計(jì)和研制了一臺具備防反檢測、料反報(bào)警、高低壓自動切換、壓裝報(bào)錯(cuò)功等功能的缸蓋單向閥壓床。

1 單向閥壓床工藝要求

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需求，單向閥壓床在整個(gè)自動壓裝過程中，滿足以下工藝要求：

1）判斷缸蓋種類是否和單向閥匹配，如果缸蓋的類型和單向閥一致則進(jìn)行壓裝程序，否則直接放行。

2）應(yīng)設(shè)計(jì)有防反檢測機(jī)構(gòu)保證壓入缸蓋的單向閥姿態(tài)正確，即直徑小的一端先進(jìn)入安裝孔，如圖1所示。若出現(xiàn)漏檢發(fā)生單向閥壓反的現(xiàn)象則必須發(fā)出報(bào)警。

3）采用低、高壓自動切換的方式對單向閥進(jìn)行壓裝，保證正確的過盈量，若過盈量和裝配要求不符，則應(yīng)給出相應(yīng)的報(bào)警和提示。

4）單向閥壓裝深度的數(shù)值在觸摸屏上給予顯示，未到達(dá)或者超出壓裝公差范圍必須有報(bào)警和指示；

5）整個(gè)自動壓裝過程的節(jié)拍為50s。

圖1 單向閥結(jié)構(gòu)和壓裝狀態(tài)

2 單向閥壓床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

2.1 設(shè)備組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單向閥壓床主要由設(shè)備機(jī)架、振動盤、防反檢測裝置、頂升定位裝置、壓裝反向力機(jī)構(gòu)、壓裝機(jī)構(gòu)、氣動和電氣控制系統(tǒng)等部分組成。該壓床的所有機(jī)械結(jié)構(gòu)部分均采用SolidWorks三維軟件行設(shè)計(jì)和建模[4]，其三維結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

振動盤負(fù)責(zé)對單向閥進(jìn)行整形排列，是自動下料的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，通過傳感器檢測單向閥的多少來控制其工作的啟停。防反檢測裝置是壓床的核心組成部件，該裝置的主要作用是用來檢測由振動盤下落的單向閥姿態(tài)是否正確。頂升定位裝置和壓裝反向力機(jī)構(gòu)則主要用來定位和夾持缸蓋。分上料裝置用于判斷單向閥的數(shù)量，避免發(fā)生壓裝錯(cuò)誤。壓裝機(jī)構(gòu)采用高低壓氣路控制氣缸實(shí)現(xiàn)分段壓裝，確保壓裝的精確性。

圖2 單向閥壓床三維模型圖

2.2 工作原理和工藝流程

設(shè)備的工作原理如下：首先振動盤工作，將單向閥整形排隊(duì)，按照需要的方向有規(guī)則的進(jìn)入料道，到達(dá)防反檢測裝置進(jìn)行檢測，判別單向閥姿態(tài)是否正確，若姿態(tài)正確，通過氣缸將單向閥送入分上料裝置內(nèi)，反之，通過.氣缸將單向閥推送到一個(gè)接料盒內(nèi)，從而避免單向閥壓反。分上料裝置通過磁性開關(guān)對進(jìn)入該機(jī)構(gòu)的單向閥數(shù)量進(jìn)行判斷：1）當(dāng)數(shù)量為0時(shí)，說明無單向閥落入，重復(fù)上述檢測動作，讓防反檢測裝置向分上料裝置送料；2）當(dāng)數(shù)量為1時(shí)，分上料裝置的氣缸將單向閥推入壓裝機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)，等待壓裝；3）當(dāng)數(shù)量大于1時(shí)，說明分上料裝置中存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的單向閥，設(shè)備報(bào)警，人工干預(yù)將多余的單向閥取出。與此同時(shí)，載有缸蓋的托盤在線體上輸送，在到達(dá)壓床工位前，隔料氣缸將托盤阻擋，此時(shí)通過線體上的探測開關(guān)檢測托盤上的工件，若檢測發(fā)現(xiàn)沒有缸蓋或者有其他型號的缸蓋，則壓床不工作自動將托盤放行。若檢測到匹配型號的缸蓋，設(shè)備工位上的擋料機(jī)構(gòu)自動升起將托盤阻擋定位，同時(shí)設(shè)備上的頂升定位裝置將缸蓋頂起定位，反向力機(jī)構(gòu)施加與壓裝方向相反的力將缸蓋固定，此時(shí)壓裝氣缸將準(zhǔn)備到位的單向閥壓入缸蓋內(nèi)，待壓裝合格后，缸蓋復(fù)位，托盤放行。

3 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 單向閥壓床工藝流程圖

通過對單向閥壓裝力和過盈量的計(jì)算[5]，所需的壓裝力完全可以通過氣缸來提供，所以該設(shè)備全部采用氣動系統(tǒng)進(jìn)行控制，省略了液壓系統(tǒng)，節(jié)約了成本。每個(gè)氣缸均采用單獨(dú)氣控閥控制，運(yùn)行速度可以通過調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓裝氣缸采用高、低壓雙控回路自動進(jìn)行切換[6]，從而實(shí)現(xiàn)壓裝過程的準(zhǔn)確性和可靠性，高、低壓切換的氣動控制回路如圖4所示。電磁鐵YV3失電，YV2得電并打開外控先導(dǎo)口B，三位五通換向閥處于右位，此時(shí)壓裝氣缸處于低壓壓裝狀態(tài)，當(dāng)?shù)蛪簤貉b行程到位時(shí)（位移傳感器判斷），電磁鐵YV3得電，兩位三通換向閥動作，壓裝氣缸馬上切換至高壓壓裝狀態(tài)，當(dāng)高壓壓裝行程到位后（位移傳感器判斷），電磁鐵YV3失電，YV1得電打開外控先導(dǎo)口A時(shí)，三位五通換向閥處于左位，壓裝氣缸返回，完成壓裝過程。

圖4 高、低壓切換的氣動控制回路

4 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)主要由西門子S7300型可編程邏輯控制器[7]、壓力、位移等各類傳感器和按鍵顯示屏等電氣元器件組成?？删幊踢壿嬁刂破魇钦麄€(gè)電控系統(tǒng)的核心元件，它通過采集各類傳感器信號，根據(jù)所編寫的程序控制氣缸按照要求動作完成壓裝過程。人機(jī)交互界面采用了西門子OP277的按鍵屏[8]。該按鍵屏可以對單向閥壓床各個(gè)氣缸的動作實(shí)行獨(dú)立的調(diào)試和控制，還可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行邊界條件參數(shù)的輸入和調(diào)整，同時(shí)在按鍵屏的周圍還裝有啟動、停止、急停和復(fù)位等物理按鈕，以便于人工操作。電氣系統(tǒng)的控制和組成原理圖如圖5所示。

圖5 電控系統(tǒng)原理簡圖

5 結(jié)束語

該單向閥壓床已經(jīng)在國內(nèi)大型汽車缸蓋生產(chǎn)線投入生產(chǎn)和使用，單日平均生產(chǎn)能力可達(dá)到500件/天。實(shí)踐證明，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)性能可靠、生產(chǎn)效率高、維護(hù)檢修方便、使用安全等特點(diǎn)，不僅滿足了汽車企業(yè)發(fā)動機(jī)配件批量快速生產(chǎn)的需求，而且對汽車自動化制造業(yè)具有重要的意義和價(jià)值。

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