搖枕、側架通用型合芯機的研制

■劉福貴

1. 概述

當前，為了滿足鐵路貨車重載提速的需要，對鐵路貨車走行部分核心關鍵鑄件搖枕、側架的質量和性能要求日益嚴格，為此搖枕、側架的鑄造采用整體芯工藝代替分體制芯工藝，以實現提高生產效率和產品質量。我公司在引進意大利制芯生產線的基礎上，對其進行升級和改造。搖枕、側架通用型合芯機是實現整體芯工藝的核心關鍵設備，我公司本著自主研發(fā)的原則，通過借鑒國內外同行業(yè)同類裝備研發(fā)的先進經驗，自行設計制造出了搖枕、側架通用型合芯機。

2. 主要結構及特點

如圖1、圖2所示，該裝備系統主要包括機架鋼結構、走行機構、提升機構、對中夾緊機構、翻轉機構、液壓控制系統及電氣控制系統等。

搖枕、側架通用型合芯機工作原理和過程：合芯機將上芯盒定位夾緊→提升→翻轉→前移→下降就位，然后通過下方的氣動浮動平臺上升托舉下芯盒，通過上芯盒和下芯盒的對正和貼合，完成合芯作業(yè)。

（1）走行機構 本套裝備系統共設兩個工位，即芯盒提升翻轉工位和合芯工位，為實現這兩個工位轉換，采用走行車裝置帶動合芯機構，整個運行過程分為快慢速行駛兩個階段，為此走行車以帶有制動裝置的電動機減速器為動力，并且通過變頻器控制電動機，實現走行動作的快慢速轉換和到位后的可靠停止，為防止運行意外情況的發(fā)生，軌道鋼結構的兩端設有限位裝置，以確保整機的安全可靠。

通過導向輪以平直的導向軌導向裝置，以實現移動部分平穩(wěn)準確運行和定位。

（2）提升機構 以液壓缸為動力，通過導柱導套導向，以實現提升部件的平穩(wěn)準確升降。為防止上升過程中發(fā)生傾斜情況，采用齒輪齒條平衡導向機構，即用通軸相聯的兩組齒輪，分別與兩組齒條嚙合傳動，齒輪固定于提升部件上，齒條固定于移動車體上，以確保升降動作均衡平穩(wěn)，減少和避免升降時傾斜和卡滯現象發(fā)生。

3. 對中夾緊機構

對中夾緊機構是該裝備的關鍵所在：為使工件準確定位，采用鏈傳動對中機構，以推拉液壓缸為動力，實現左右兩組夾具臂的對稱開合，從而實現工件的準確對中夾緊。

具體結構是將夾具臂以兩鏈輪中心連線為對稱中心斜對稱地串聯在封閉的鏈傳動中，同時設置鏈條張緊裝置，這樣一方面為避免對中動作過程中由于鏈條過松產生的兩組夾具臂的動作不同步現象，另一方面也防止鏈條脫鏈。

如圖3、圖4所示，當液壓缸桿伸出時，帶動左右兩組移動座同時向外打開移動，當液壓缸桿收縮時，帶動左右兩組移動座同時向內并進移動，由于兩組移動座通過鏈條串聯，所以向外打開的行程和向內并進的行程完全對稱統一，從而可靠地實現對中功能。

設置夾具臂左右對稱移動時，通過導柱與背襯橡膠O形密封圈的聚四氟乙烯導套導向副，具有彈性補償量和較好的耐磨性，從而確保其運動平穩(wěn)和精確。

圖1 合芯機結構

圖2 合芯機制造現場

圖3 對中夾緊機構示意

圖4 對中夾緊機構生產現場

4. 翻轉機構

夾臂下端設置專用夾頭，采用一面兩銷定位原理定位芯盒，上芯盒由對中夾緊機構帶動專用夾頭定位夾緊后，以尾部帶緩沖的擺動液壓缸為動力裝置，通過齒條、齒輪傳動實現直線變旋轉的運動轉換，帶動夾具連同芯盒180?旋轉，從而現實工件的翻轉作業(yè)。翻轉動作分為兩步，第一步快速行程，第二步緩慢到位，動作行程采用接近開關檢測和控制。

翻轉機構如圖5、圖6所示。

5. 液壓控制系統

芯盒定位及夾緊時要求動作平穩(wěn)緩慢和夾緊力度適宜，為此安裝了節(jié)流閥來控制液壓缸動作速度，從而控制各夾緊機構的動作速度，安裝了調壓閥控制各夾緊機構的執(zhí)行件的夾緊力，同時利用壓力繼電器，準確判斷和控制夾緊是否適當可靠，為使兩組翻轉機構動作同步，分別專門設置了分流節(jié)流閥控制油路，以確保執(zhí)行件動作同步一致。

同時為使芯盒的夾緊安全可靠，即在任何情況下不至于相對夾具體發(fā)生移動現象，油路采用單向閥控制，這樣在夾具工作時即使液壓站停機，芯盒也會牢固地夾持在夾具上，從而保證作業(yè)時設備和操作者的人機雙方的絕對安全；同時為了防止泄漏現象，一律采用優(yōu)質的液壓閥等元件，并且在摩擦副部位設置密封圈和密封護套。為防止停機時間過長出現升降機構在自重作用下的下滑情況，系統配置蓄能器，確保合芯機狀態(tài)穩(wěn)定。

6. 電氣控制系統

在來料工位，采用呈高低差布置的兩組對射的光電開關檢測工件，以區(qū)分來料是搖枕還是側架，由于搖枕來料高點位置較高，兩組光電開關同時感應信號，而側架來料高點位置較低，只有一組光電開關感應信號，這樣可以準確區(qū)分來料是搖枕還是側架，對應搖枕和側架配備兩套程序控制合芯作業(yè)。

由于所有動作要求平穩(wěn)無沖擊，并且動作大多分為兩步，即第一步快速行程，第二步緩慢到位，所以控制方面采用接近開關檢測各動作是否到達相應位置。

對于要求精確的行程，如芯盒合芯準確到位，采用精度較高的編碼器計量行程（見圖7），控制芯盒升降動作運行和停止，同時應用壓力繼電器檢測進一步確認各動作是否真實到位，從而保證合芯動作的安全性和準確性。

7. 使用效果分析

搖枕、側架通用型合芯機作為制芯生產線的主機，在搖枕、側架等核心關鍵件的生產中起到了重要作用，相對于以往工藝及裝備的應用，顯著提高了該類產品的質量和生產效率。

該裝備總的特點是：定位準確，夾緊可靠，自動化程度高，可調整性強，產品通用性強，易于操作，安全性強，環(huán)保效果好，并且通過外觀的造型優(yōu)化設計，實現商品化。該裝備系統具有較高的技術含量，目前在國內和鐵路系統內處于行業(yè)領先地位，已經在貨車行業(yè)多個廠家獲得推廣應用，為實現我國鐵路貨車提速重載發(fā)揮了重要作用，該項技術在鐵路系統內外將有更加廣闊的應用前景。

圖5 翻轉機構示意

圖6 翻轉機構生產現場

圖7 編碼器檢測裝置生產現場