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新制下侧梁预挠度调制工装设计 |
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作者：中国南车集团眉山车辆有限公司 王玉丽 孙满平 来源：国际金属加工商情 |
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摘要：针对巴基斯坦平车下侧梁用315t顶弯机顶挠度不均匀、时大时小的质量难题，设计一套预制挠度工装，达到挠度均匀，且满足28～31mm上挠度的工艺要求。
下侧梁是巴铁平车的重要部件，它和中梁一起承载站整车重量，其质量好坏直接影响到整车装载质量及整车使用寿命。下侧梁是由 [ 300×87×9.5×18660的槽钢生产而成，工艺文件要求：钢结构整体组装后，两枕梁间的下侧梁上挠度为28~30mm。各点挠度允许值见图（1），且整车挠度曲线必须均匀过渡。 
图1
在设计预制挠度工装前，下侧梁挠度调制由315T顶弯机完成，在使用中存在着较多问题：
1、315T顶弯机调直只能分段进行调制，挠度不均匀，不能满足工艺文件要求。
2、操作者在使用315T顶弯机时只能通过目测观测型钢挠度的大小，挠度时大时小，不能保证达到规定的挠度；
3、315T顶弯机一般适合于调直12m左右的槽钢，现巴铁平车下侧梁长达18m多。
4、315T顶弯机调制下侧梁挠度操作费工费时，调制一根下侧梁需要30～40分钟，工效很低。
上述问题，已严重影响到了下侧梁型钢预挠度的调制质量和生产效率，不能满足工厂巴铁平车生产计划要求，为解决此问题，设计一套型钢预挠度调制工装是非常必要的。
1、设计思路
1) 由于工件太长，工作台采用分段结构。
2) 工件为 [ 300槽钢，长度18660mm，需5个油缸，后置挡块采用20mm厚的板料。
3) 在预制过程中， [ 300槽钢上翘，采用纵向约束装置。
4) 为防止油缸在预制过程中偏心，采用油缸固定装置。
5) 为防止油缸在预制过程中后退，用20mm挡块。
6) 为提高工装的通用性和柔性，设计活动挡板。
2、结构概述
预制挠度工装由工作台、底板、五个油缸、泵站、纵向约束装置和油缸固定装置等组成，见图（2）：
图2
该工装共设计成四节，其中每一节长4.2米，每节间由螺栓和销钉的连接板连接。当工装不用时就可拆卸，16.8米长的工装就可存放在5米见方的空地处不占用过多的现场空间。
1）可拆分的工作台，见图（3）
做整体的工作台，占作业面积相当大，也不适于现有的作业现场结构。可拆分的工作台便于制作，也便于放置。
图3
2）带孔的底板，见图（3）
由于油缸结构限制，要想使油缸固定于底板上，带圆盘的油缸端盖需沉下去，这就需要在底板上开200×200的方孔。
3）油缸选择
调制挠度需要的压力及选用油缸工作压力计算：
1、 考虑下侧梁发生塑性变形时，梁内应力达到屈服极限，所以取σs为参考作为临界应力，发生变形的最初在梁中部发生，见图（4） 
图4
FA=FB=F/2 MC=FA×L=F/2×8=4F(MC为弯矩)
梁受应力最大部位在上下表面：
σmax=MC/IZ×Ymax=4F/IZ×150=0.6/IZ×F（其中150单位为mm，0.6单位为m）
IZ=IZ1+2IZ2=b1h13/12=9.5×140.53/12+2∫150140.5 y2×87×dy=6.7×10-5m4
F=IZ×σmax/0.6，取σmax=σs=235Mpa
F≈2.7T
因为当梁产生塑性变形后，σs有所增加，所以压力F1=1.2×F=3.24T
2、 油缸压力的计算：
泵的工作压力=31.5Mpa，活塞直径为Ф120
F2=P×A=31.5×106×602×π×10-6=3.56T
F2＞F1，油缸工作压力足够。
4）设计制作油液三通、四通、安全摇杆轴、安全摇杆旋转臂、顶套和液压工作缸，分别见示意图（5）： 
图5
5）为解决型钢调整时顶头往复频繁误差大、挠度不均匀的问题，设计了液压油缸及液压泵站来取代315T顶弯机。
1. 油缸的定位及紧固方案：选用5个油缸，将槽钢调整区域划分为四段来定位。定制了流量为63L/min、压力为31.5MPa的液压泵站来为油缸提供动力，在通过A、B两个手动换向阀分别控制5个油缸如图（6）：
图6
A控制：a.e油缸
B控制：b.c.d油缸
这样，当槽钢调整时就可先开动A阀使a.e油缸将型钢夹紧在开动，B阀使b.c.d油缸来顶压槽钢，使其挠度均匀达到28～30mm。
6）对工装进行了实验，发现工装在调制型钢时有可能会因变形而翘起，因此对工装进行优化，制作了纵向约束装置如图（7）： 
图7
在自由状态下，油缸一顶，下侧梁就会上翘。纵向约束装置解决了下侧梁上翘的难题。纵向约束装置由安全摇杆挡、安全摇杆轴和安全摇杆旋转臂组成。安全摇杆挡带缺口，安全摇杆轴带螺纹，便于安全摇杆旋转臂装上后用螺帽拧紧。这种结构安全、可靠、方便、快捷。
8）油缸固定装置，见图（8）：
固定装置包括上挡板，下挡板，上挡板和下挡板用螺栓联接。上挡板和下挡板均带凸台，便于螺栓固定。
图8
9）其它构成件，见图（9）： 
图9
3、 预制挠度工装工作原理
先开启两端头油缸将下侧梁顶紧，然后再打开中间的三个油缸。当预制挠度未达到工艺要求时，可用活动挡板进行调节。
4、 使用效果及特点
1） 提高了下侧梁加工质量，下侧梁返修率降到了6%。预制挠度满足了工艺要求，与以前315t顶弯机相比，上了一个新台阶。同时，由于减少了人为因素的影响，预制挠度质量易于保持稳定。
2） 操作简便，易学易懂
使用表明，操作者在经过半天的学习试用后，即可熟练掌握。
3）降低劳动强度，改善劳动条件
315顶弯机上预制挠度，操作者需要来回移动工件，劳动强度大，易于疲劳；实施工装预制挠度后，操作者只需在工作台上观察挠度，首件检测挠度后，如果挠度未满足工艺要求，可用调节挡板。一旦挠度合适，只需操作油缸阀门。
4）制造成本低，维修方便
自行研制的预制挠度工装，所需费用仅10万元人民币左右，属于低成本装置。工装的易损件不需专门配备，便于维修。
5） 生产效率高
315t顶弯机动生产能力：6台/天。工装生产能力：12台/天。
5、技术效益
通过制作工装底架，满足了18米槽钢的挠度调制。并且设计成可拆分的底架可以在不用时集中存放，大大缩小了对现场空间的占用。
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(7/12/2008) |
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