特種車(chē)輛油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)技術(shù)研究

吳亞渝，闞 磊，鐘 浩，高 駿，符 亭，唐中帥，羅其貴

(重慶鐵馬工業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 400050)

先進(jìn)制造技術(shù)體現(xiàn)著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和核心競(jìng)爭(zhēng)力[1-2]，也對(duì)特種車(chē)輛的先進(jìn)性起著決定性作用，而裝配是特種車(chē)輛制造技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，特種車(chē)輛的可裝配性和裝配質(zhì)量直接影響著其開(kāi)發(fā)成本和使用性能[3-4]。為確保特種車(chē)輛在復(fù)雜環(huán)境中工況轉(zhuǎn)換的高可靠性和快速機(jī)動(dòng)性，本文針對(duì)油氣懸掛系統(tǒng)手工裝配模式關(guān)鍵裝配工藝數(shù)字化程度低、裝配質(zhì)量一致性不高等問(wèn)題[5-7]，通過(guò)數(shù)字化和信息化技術(shù)相結(jié)合[8-10]，構(gòu)建了特種車(chē)輛油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)單元，可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量可靠性，從而提升企業(yè)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)技術(shù)概述

油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)技術(shù)流程如圖1所示。針對(duì)油氣懸掛系統(tǒng)裝配過(guò)程開(kāi)展?jié)撛谑Ｊ郊坝绊懛治?FMEA)，確定裝配質(zhì)量控制要點(diǎn)；開(kāi)展壓差滲漏檢測(cè)、密封圈無(wú)損裝配、接頭擰緊角度智能調(diào)整和油氣懸掛液壓系統(tǒng)耐壓測(cè)試的技術(shù)研究；通過(guò)理論分析、虛擬仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方法，搭建微滲漏檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)損裝配系統(tǒng)、智能擰緊系統(tǒng)和耐壓測(cè)試系統(tǒng)，解決油氣懸掛系統(tǒng)裝配關(guān)鍵工藝參數(shù)的感知、分析與控制問(wèn)題；構(gòu)建油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)技術(shù)體系，提升油氣懸掛液壓系統(tǒng)部件裝配質(zhì)量，從而減少特種車(chē)輛油氣懸掛系統(tǒng)油液氣的滲漏故障。

圖1 油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)技術(shù)流程圖

本文將從微滲漏檢測(cè)、組合密封無(wú)損安裝、接頭角度智能擰緊和變載耐壓測(cè)試技術(shù)等4部分對(duì)特種車(chē)輛油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。

2 油氣懸掛精密裝測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 蓄壓器微滲漏檢測(cè)技術(shù)

氮?dú)庑孤┦切顗浩髯顬槌Ｒ?jiàn)的故障，泄漏位置主要集中在充氣閥安裝部位、蓄壓器缸筒電子束焊縫以及蓄壓器閥體與蓄壓器缸筒螺紋連接部位(見(jiàn)圖2)。

圖2 蓄壓器泄漏部位示意圖

通過(guò)技術(shù)論證及經(jīng)濟(jì)性分析，最終采用壓差測(cè)漏法(見(jiàn)圖3)，即將蓄壓器放置在仿形容器中并封閉，通過(guò)高精度泄漏儀檢測(cè)仿形容器內(nèi)部氣壓變化，蓄壓器泄漏量計(jì)算如下：

Q=VexΔP/P0×60/T

(1)

圖3 壓差測(cè)漏法

式中，Ve是等效容積，單位為mL；ΔP是壓強(qiáng)，單位為Pa；P0是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，單位為Pa；T是檢測(cè)時(shí)間，單位為s。

對(duì)此開(kāi)展了蓄壓器滲漏測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)分為常壓(150 kPa)測(cè)試(見(jiàn)圖4)和負(fù)壓(75 kPa)測(cè)試。相比常壓測(cè)試，負(fù)壓測(cè)試條件下仿形容器中氣體分子更少，從蓄壓器氣室泄露出的N2引起的壓力變化相對(duì)較大。

圖4 常壓滲漏測(cè)試

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，蓄壓器氮?dú)庑孤┲饕l(fā)生在浮動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。為驗(yàn)證浮動(dòng)活塞靜止?fàn)顟B(tài)下的泄漏情況，本文對(duì)浮動(dòng)活塞的密封圈進(jìn)行人為切損破壞，以增大差異性。測(cè)試設(shè)備以某公司輪轂真空泄漏檢測(cè)設(shè)備為基礎(chǔ)作適應(yīng)性改進(jìn)，進(jìn)行蓄壓器泄漏標(biāo)定檢測(cè)(見(jiàn)圖5)。

圖5 負(fù)壓泄漏測(cè)試

試驗(yàn)主要從調(diào)整檢測(cè)時(shí)間、仿形空間、真空度3方面進(jìn)行，其中針對(duì)檢測(cè)時(shí)間的泄漏測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 負(fù)壓泄漏測(cè)試情況

表1試驗(yàn)結(jié)果表明：1)檢測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)，其泄漏率明顯變大，即延長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)間能提高檢測(cè)精準(zhǔn)度；2)仿形空間越小，受環(huán)境、溫度影響程度就越小，檢測(cè)精準(zhǔn)度越高；3)提高真空度能有效提高檢測(cè)精準(zhǔn)度。通過(guò)負(fù)壓滲漏檢測(cè)方式，初步實(shí)現(xiàn)了在10 min內(nèi)甄別蓄壓器泄漏量的效果。

2.2 密封圈保護(hù)快速裝配裝置研制

油氣懸掛系統(tǒng)中動(dòng)力缸總成及蓄壓器總成的高壓密封均采用組合密封結(jié)構(gòu)。目前裝配方法如圖6所示，采用手工先將橡膠圈裝入密封槽，再燒水加熱聚四氟乙烯圈，通過(guò)導(dǎo)向工裝用手按壓到位，操作時(shí)存在燙傷風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)工人手指損傷較大。

圖6 手工安裝密封圈

本文通過(guò)研究標(biāo)準(zhǔn)裝配工藝，對(duì)聚氟乙烯圈的導(dǎo)向、壓裝和整形工裝進(jìn)行優(yōu)化，并設(shè)計(jì)多指浮動(dòng)壓裝機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖7)，用來(lái)模擬人工按壓動(dòng)作。

a) 裝置三維模型

b) 裝置實(shí)物(外觀)

c) 裝置實(shí)物(細(xì)節(jié))圖7 多指浮動(dòng)壓裝機(jī)構(gòu)圖

通過(guò)反復(fù)測(cè)試壓裝速度，利用熱風(fēng)槍和溫度傳感器實(shí)現(xiàn)密封圈快速、精準(zhǔn)加熱，并且利用相機(jī)視覺(jué)防錯(cuò)保證密封圈止口安裝方向，配合移載結(jié)構(gòu)提升組合密封圈安裝過(guò)程的自動(dòng)化水平，從而達(dá)到最佳裝配狀態(tài)。經(jīng)樣件試裝，組合密封圈外形規(guī)整，無(wú)扭曲損傷，人工作業(yè)強(qiáng)度大幅降低。

2.3 接頭擰緊角度智能調(diào)整裝置研制

油氣懸掛系統(tǒng)中動(dòng)力缸總成及蓄壓器總成均需安裝接頭，其中動(dòng)力缸總成接頭安裝方式如圖8所示，接頭安裝角度需要與缸體中心線方向保持一致。目前采用更換紫銅墊的方式調(diào)整接頭角度，操作時(shí)需反復(fù)更換不同厚度紫銅墊造成浪費(fèi)，且接頭擰緊力矩?zé)o明確要求，接頭安裝可靠性較差。

圖8 動(dòng)力缸總成接頭安裝圖

影響接頭擰緊角度的因素包括連接件的螺紋起始角度、墊片厚度、墊片材料變形系數(shù)、擰緊力矩等，為了實(shí)現(xiàn)快速選擇墊片厚度和確認(rèn)擰緊力矩，本文開(kāi)展了接頭擰緊角度智能調(diào)整技術(shù)研究(見(jiàn)圖9)，完成接頭擰緊角度控制理論，開(kāi)發(fā)了接頭擰緊角度智能補(bǔ)償系統(tǒng)，完成管接頭定向定矩?cái)Q緊裝置設(shè)計(jì)與機(jī)械制造(見(jiàn)圖10)。

圖9 接頭角度補(bǔ)償與控制技術(shù)研究思路

a) 裝置三維模型

b) 裝置實(shí)物圖10 接頭擰緊裝置

通過(guò)反復(fù)擰緊測(cè)試，最終確定各處接頭擰緊力矩范圍見(jiàn)表2。經(jīng)樣件試裝，接頭在表2擰緊力矩范圍內(nèi)均能保證朝向正確，且角度偏差<±1°。

表2 直角接頭擰緊力矩

2.4 油氣懸掛液壓系統(tǒng)耐壓測(cè)試裝置研制

油氣懸掛系統(tǒng)中動(dòng)力缸總成、蓄壓器總成以及履帶調(diào)整器均要求進(jìn)行靜載測(cè)試，以檢測(cè)閥門(mén)可靠性和閉鎖可靠性。目前靜載測(cè)試試驗(yàn)如圖11所示，主要存在2個(gè)問(wèn)題：1)試驗(yàn)臺(tái)負(fù)載彈簧彈力不足，高壓測(cè)試時(shí)存在彈簧被壓死現(xiàn)象；2)閉鎖可靠性試驗(yàn)技術(shù)要求可操作性差且指標(biāo)不準(zhǔn)確。

圖11 靜載試驗(yàn)臺(tái)

通過(guò)分析油氣懸掛系統(tǒng)靜載測(cè)試要求，提出基于伺服驅(qū)動(dòng)的變載密封測(cè)試控制技術(shù)，其中負(fù)載裝置由4支高強(qiáng)度矩形彈簧、壓力傳感器(10 t)、位移傳感器及附屬件構(gòu)成(見(jiàn)圖12)。工作原理為利用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)負(fù)載裝置至預(yù)設(shè)位置鎖止，系統(tǒng)充油使動(dòng)力缸內(nèi)缸筒伸出接觸負(fù)載裝置，繼續(xù)加壓至試驗(yàn)壓力，通過(guò)傳感器獲取壓力、位移數(shù)據(jù)。

a) 裝置三維模型

b) 裝置實(shí)物(細(xì)節(jié))圖12 負(fù)載裝置

經(jīng)樣件測(cè)試，該裝置能兼容6組產(chǎn)品的靜載測(cè)試需求，整個(gè)測(cè)試過(guò)程除管口連接外均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成，同時(shí)能夠監(jiān)控過(guò)程壓力-位移曲線，為系統(tǒng)分析、決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2.5 油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)單元構(gòu)建

針對(duì)油氣懸掛系統(tǒng)典型部件的動(dòng)作要素，梳理三大組件(動(dòng)力缸總成、蓄壓器總成、履帶調(diào)整器)裝配工藝流程，按照復(fù)合路線法選擇蓄壓器總成裝配工藝流程作為代表流程，該組部件的成組裝配工藝流程如圖13所示。

圖13 油氣懸掛系統(tǒng)典型部件成組裝配工藝流程

通過(guò)分析識(shí)別出油氣懸掛系統(tǒng)關(guān)鍵裝配環(huán)節(jié)33處，采用機(jī)械光電傳感、機(jī)器視覺(jué)等檢測(cè)防錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵裝配環(huán)節(jié)關(guān)鍵工藝參數(shù)的感知、分析與控制，基于微滲漏檢測(cè)、組合密封安裝、接頭角度擰緊和變載耐壓測(cè)試技術(shù)的研究結(jié)果，對(duì)共計(jì)12臺(tái)單元設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試，以達(dá)到試生產(chǎn)狀態(tài)，部分裝配單元設(shè)備情況如圖14所示。

a) 單元設(shè)備實(shí)景

b) 密封圈安裝單元

c) 蓄壓器壓裝單元

d) 動(dòng)力缸合裝單元圖14 部分單元設(shè)備實(shí)景

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)特種車(chē)輛油氣懸掛系統(tǒng)精密裝測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的研究，為解決手工裝配模式下裝配質(zhì)量問(wèn)題提供了一種新的有效途徑。本文通過(guò)對(duì)蓄壓器微滲漏檢測(cè)的技術(shù)研究，積累了異形高壓腔體滲漏的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，為液壓閥件密封性檢測(cè)提供了新思路；通過(guò)密封圈裝配實(shí)踐，設(shè)計(jì)了多指浮動(dòng)壓頭結(jié)構(gòu)，掌握了組合密封自動(dòng)裝配方法；完成了接頭定向定矩?cái)Q緊裝置設(shè)計(jì)與機(jī)械制造，實(shí)現(xiàn)了擰緊角度智能補(bǔ)償；通過(guò)裝配單元設(shè)備試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了油氣懸掛系統(tǒng)裝配中研磨、壓裝、擰緊、保壓、測(cè)量、拆卸等，大幅度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品質(zhì)量一致性。

結(jié)合目前企業(yè)現(xiàn)狀，發(fā)展出符合自身的裝配制造技術(shù)，文中涉及的微滲漏檢測(cè)、組合密封無(wú)損安裝、接頭角度智能擰緊和變載耐壓測(cè)試技術(shù)具備先進(jìn)性和實(shí)用性，在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平,能為行業(yè)內(nèi)智能制造的研究與實(shí)施提供寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)。