汽車剎車軟管切斷設(shè)備的設(shè)計

宋佳，王彥峰，張俊華，張長法

（1.煙臺大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院，山東 煙臺 264005；2 煙臺杰瑞石油裝備技術(shù)有限公司，山東 煙臺 264003）

前言

汽車制動軟管（俗稱剎車管），是使用在汽車制動系統(tǒng)中的零部件，是汽車制動軟管總車重要的組成部分。其主要作用是在汽車制動中傳遞制動介質(zhì)，保證制動力傳遞到汽車制動蹄或制動鉗產(chǎn)生制動力，從而使制動隨時有效。當(dāng)前社會需求的急劇進(jìn)步對工業(yè)生產(chǎn)的自動化要求越來越高。為了達(dá)到高效率，高精度的生產(chǎn)水平，企業(yè)必須不斷研究提高生產(chǎn)線設(shè)備的工藝。軟管切斷機(jī)是企業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)手工切斷機(jī)速度慢、精度差，已經(jīng)成為生產(chǎn)中的瓶頸。本文介紹的汽車軟管切斷設(shè)備正是用于汽車剎車軟管自動標(biāo)線切斷。該機(jī)綜合應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、電與氣壓驅(qū)動和機(jī)械設(shè)計的最新成就，是一臺典型的機(jī)電一體化設(shè)備。如圖1所示：

設(shè)備對切斷功能有如下要求：能夠滿足不同長度制動軟管的切斷，切斷長度精度達(dá)到+-0.5mm，截斷面與軟管軸線垂直度±0.2mm，切斷面光滑整齊。

設(shè)備對標(biāo)線功能的要求：標(biāo)線長度 ＞1/4圓周；標(biāo)線寬度1.5mm±0.5mm；白色標(biāo)線到截斷面尺寸 A 的數(shù)值 15mm～20mm ±0.5；標(biāo)線清晰。

圖1

1 工作原理

圖2為切割機(jī)工作原理示意圖。此設(shè)計通過伺服動力導(dǎo)輪與壓緊從動輪的結(jié)合，巧妙的解決了進(jìn)給的難題，動力導(dǎo)輪通過摩擦力帶動軟管進(jìn)行進(jìn)給，從動輪配合動力輪對軟管進(jìn)行周向定位，如圖2所示。之后，軟管進(jìn)入切割系統(tǒng)，由氣缸作為動力使帶刀的刀架進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，對軟管進(jìn)行切割。同時，由另一氣缸作為動力的標(biāo)記系統(tǒng)進(jìn)行行程不同、軌道相同的兩次運(yùn)動，目的分別是蘸料、標(biāo)記。

圖2 總體結(jié)構(gòu)框架

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械部分是實現(xiàn)工作原理的執(zhí)行元件，由送料模塊，標(biāo)線切斷模塊組成。

2.1 送料模塊（圖3）

在送料系統(tǒng)，利用伺服電機(jī)帶動兩個導(dǎo)輪，解決進(jìn)給精度的問題。其中上方導(dǎo)輪用于約束軟管，下方導(dǎo)輪用于帶動軟管進(jìn)行進(jìn)給，同步帶用于伺服電機(jī)與導(dǎo)輪之間的傳動，張緊輪用于防止同步帶松動，氣缸用于上方的壓緊導(dǎo)輪受控制系統(tǒng)控制，實現(xiàn)膠管的高精度進(jìn)給，如圖三所示。該模塊通過四個導(dǎo)輪完成整個進(jìn)給過程。伺服電機(jī)通過連軸器帶動轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸帶動同步帶，同步帶帶動兩個齒輪，兩個齒輪通過軸帶動另一方的導(dǎo)輪，通過摩擦帶動軟管進(jìn)給。氣缸受控制系統(tǒng)控制往前推出，通過杠桿原理將上方的導(dǎo)輪對膠管進(jìn)行壓緊。從而完成對膠管的周向定位。

圖3

2.2 標(biāo)線切斷模塊

標(biāo)線切斷模塊是繼送料模塊之后，實現(xiàn)軟管的切割及標(biāo)記。切割系統(tǒng)由氣缸03、氣缸04、顏料盒、導(dǎo)軌以及托板等組成（如圖4所示）。標(biāo)記模塊設(shè)計關(guān)鍵在于在一個總動作循環(huán)中，要完成兩次行程不同，軌道相同的動作。采用兩個限位柱結(jié)構(gòu)，即可完成理想工作狀態(tài)。該模塊由三個限位柱組成。在氣缸作用下，當(dāng)?shù)都芮耙茣r，標(biāo)記系統(tǒng)下落，碰到較高的限位柱停止運(yùn)動，恰好停在刀架上方的染料盒中蘸料。當(dāng)?shù)都芎笠茣r，標(biāo)記系統(tǒng)下落，碰到較低的限位柱，接觸膠管，并將染料涂抹在膠管上，實現(xiàn)兩次行程不同，軌道相同的動作。由于軟管斷口和標(biāo)線的位置比較近，并且兩個模塊之間的關(guān)聯(lián)較大，所以將兩個模塊進(jìn)行組合，形成切斷標(biāo)線模塊，將標(biāo)線模塊的蘸料盒與切斷模塊的刀架結(jié)合在一起，該結(jié)構(gòu)能夠同時完成切斷和標(biāo)線兩種功能。

圖4

3 驅(qū)動系統(tǒng)

3.1 氣動系統(tǒng)

氣壓傳動是以空氣壓縮機(jī)為動力源，以壓縮氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞過程的技術(shù)。根據(jù)氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件來實現(xiàn)設(shè)計的執(zhí)行控制系統(tǒng)。壓力方面采用逐量增減法來實現(xiàn)壓力調(diào)試，調(diào)試出最適合生產(chǎn)壓力的控制范圍。氣動原理分析如下：三聯(lián)體主要從氣源進(jìn)入三聯(lián)體后，通過調(diào)節(jié)和過濾使氣壓達(dá)到所需的壓力同 時穩(wěn)定壓力。T型接管主要分開氣體，提供氣槍和氣缸用氣。T型連接頭可以同時提供切管氣缸和標(biāo)記氣缸的用氣。電磁閥主要配合電路來實現(xiàn)預(yù)期的控制氣缸切管，保證到控制的精度和靈活 性，三位五通電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置都發(fā)揮著作用。限濾器為切斷管材氣缸的限濾器，主要用來調(diào)節(jié)氣壓和限制壓力，避免過大而影響氣缸運(yùn)作。氣缸為切斷管材氣缸，主要根據(jù)電磁閥配合電路來實現(xiàn)氣缸通氣，讓氣缸啟動進(jìn)行切斷 管材。標(biāo)記氣缸為標(biāo)記管材氣缸，主要根據(jù)電磁閥配合電路來實現(xiàn)氣缸通氣， 讓氣缸啟動來進(jìn)行標(biāo)記管材。

3.2 電動機(jī)驅(qū)動部分

利用伺服電機(jī)帶動兩個導(dǎo)輪，解決進(jìn)給精度的問題。其中上方導(dǎo)輪用于約束軟管， 下方導(dǎo)輪用于帶動膠軟管進(jìn)行進(jìn)給，同步帶用于伺服電機(jī)與導(dǎo)輪之間的傳動，張緊輪用于防止同步帶松動，氣缸用于上方的壓緊導(dǎo)輪受控制系統(tǒng)控制，實現(xiàn)軟管的高精度進(jìn)給。

4 控制系統(tǒng)

本機(jī)采用PLC控制，由于本文設(shè)備采用了切斷位置固定的方式，所以軟管切斷長度的控制方式主要通過控制軟管原料的進(jìn)給來控制。使用PLC控制伺服電機(jī)的速度使伺服電機(jī)的速度和檢測器的速度一致，當(dāng)進(jìn)給模塊檢測到軟管原料進(jìn)給的長度達(dá)到預(yù)定設(shè)置的切斷長度時，控制系統(tǒng)停止上料，執(zhí)行標(biāo)記切斷，自動操作方式主要由啟動信號開始—標(biāo)記氣缸前進(jìn)標(biāo)記—標(biāo)記氣缸后退—切割氣缸前進(jìn)切割—切割氣缸后退等五個動作完成一個自動程序動作。同時對切下的軟管數(shù)量自動計數(shù)。

5 結(jié)束語

本文提出了利用伺服電機(jī)帶動同步帶和導(dǎo)輪進(jìn)給，從動導(dǎo)輪進(jìn)行提高精度，三個導(dǎo)向?qū)л嗊M(jìn)一步提高精度，解決了人工切割的精度、效率、合格率的問題；切割系統(tǒng)與標(biāo)記系統(tǒng)的交叉動作的工作方式，可大大減少工作時間，且有利于空間結(jié)構(gòu)的分布。實現(xiàn)了高效率、低成本的高精度軟切割，為今后機(jī)器代替人力資源作為新型生產(chǎn)力提供了一個嶄新的案例。