牛金霞 白連杰

(①青海大學(xué)機(jī)械系，青海西寧810016；①青海華鼎重型機(jī)床公司，青海西寧 810000)

鐵路車輛中所使用的大螺栓，公稱直徑M60 mm，全長(zhǎng)865 mm，重量20 kg，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后就會(huì)在表面產(chǎn)生銹蝕，可除銹后再次使用。因此大螺栓的除銹是鐵路車輛段上的一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。但除銹工作生產(chǎn)現(xiàn)狀是采用人工方法，將大螺栓靠在旋轉(zhuǎn)的鋼絲刷上，人為地旋轉(zhuǎn)工件來(lái)進(jìn)行拋光除銹處理。由于工件重，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，銹塵大，對(duì)環(huán)境和人體健康不利，并且是單件生產(chǎn)，效率低，大螺栓外圓表面坑紋明顯。為改變這種落后工藝，我們?cè)O(shè)計(jì)了大螺栓除銹生產(chǎn)線降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，不會(huì)造成環(huán)境污染和人員傷害，并且是多件生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，大大降低螺栓的磨損度，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。

1 大螺栓除銹生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)

1.1 生產(chǎn)線的工序安排

提出大螺栓的除銹生產(chǎn)線，就得改變過(guò)去的手工作坊式工作方法，以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和提高效率為前提進(jìn)行工序安排。把由人員直接在拋光砂輪機(jī)上對(duì)大螺栓進(jìn)行除銹改為機(jī)械自動(dòng)化加工，其工序安排如下：浸泡—除銹—清洗共三步，工序之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)輸。要求在生產(chǎn)過(guò)程中各溶液不能對(duì)工件造成腐蝕等其它損壞，以避免損害工件的使用性能。在除銹時(shí)要降低對(duì)螺紋部分的磨損，在生產(chǎn)過(guò)程中不能對(duì)人員和環(huán)境產(chǎn)生傷害，在工序轉(zhuǎn)換的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)管理模式。

1.2 生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)分析

工件的浸泡是為了溶解鐵銹，溶液不能對(duì)工件有腐蝕作用，出于保護(hù)工人身體健康和減少環(huán)境污染的考慮，我們選擇煤油作為浸泡液。在除銹過(guò)程中，我們還是采用毛刷來(lái)進(jìn)行，但毛刷的材質(zhì)由以前使用的鋼絲改為較軟的不銹鋼絲。以前是由人工手持工件進(jìn)行加工，是單件生產(chǎn)，現(xiàn)在要求多件生產(chǎn)，過(guò)程無(wú)人工手動(dòng)操作。根據(jù)大螺栓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(圖1)及生產(chǎn)工藝流程要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)要解決的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：第一是工件的合理擺放，裝置的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)多件生產(chǎn)能力；第二是根據(jù)生產(chǎn)線要求，對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出自動(dòng)化和工作可靠性；第三也是最重要的設(shè)計(jì)是除銹主機(jī)的設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是工件的夾持方式，工件與毛刷的工作位置關(guān)系等。

2 生產(chǎn)線典型設(shè)備的設(shè)計(jì)

大螺栓除銹生產(chǎn)的過(guò)程設(shè)計(jì)如下：

工件放入螺栓架中(4件為一組)—螺栓架通過(guò)磁力吊轉(zhuǎn)入浸泡池中浸泡—螺栓架通過(guò)磁力吊轉(zhuǎn)入除銹工作位置—主機(jī)從起始位前進(jìn)至工作位置—主機(jī)下降，在活動(dòng)接頭與工件端部接觸的同時(shí)毛刷將工件夾持，主機(jī)慢速旋轉(zhuǎn)自動(dòng)找正—工作位置正確后主機(jī)轉(zhuǎn)速正?！P完成后主機(jī)旋轉(zhuǎn)停止—主機(jī)上升—主機(jī)退回原位—螺栓架轉(zhuǎn)入螺栓清洗池中—邊走邊清洗—轉(zhuǎn)入吹風(fēng)工序—最后轉(zhuǎn)入螺栓等轉(zhuǎn)區(qū)。

下面就除銹主機(jī)的設(shè)計(jì)、螺栓架的設(shè)計(jì)、毛刷的設(shè)計(jì)以及運(yùn)輸生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

2.1 除銹主機(jī)的設(shè)計(jì)

除銹主機(jī)是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2。

主機(jī)采用齒輪傳動(dòng)，機(jī)械一級(jí)減速，主電動(dòng)機(jī)為變頻電動(dòng)機(jī)。主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)4個(gè)行星輪傳動(dòng)，行星輪帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主機(jī)可進(jìn)行整體的上下移動(dòng)和前后移動(dòng)來(lái)保證與工件的工作位置。

它主要解決的難點(diǎn)是，工件的自動(dòng)夾持和毛刷與工件的夾持位置的調(diào)整。由于工件的頭部帶扁頭，4個(gè)工件由于擺放的隨機(jī)性，其端頭位置不會(huì)保證一致，所以接口設(shè)計(jì)采用了帶有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的活動(dòng)接頭，使導(dǎo)向套在下壓的過(guò)程中隨著工件的旋轉(zhuǎn)自動(dòng)找正卡壓位置；同時(shí)為緩解動(dòng)力頭對(duì)螺栓架的剛性壓力，在導(dǎo)向套上安裝有多對(duì)碟形彈簧對(duì)其壓力進(jìn)行緩解和保護(hù)。同時(shí)，活動(dòng)接頭材質(zhì)比工件軟，以保護(hù)工件不受損壞；活動(dòng)接頭便于更換。傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

2.2 螺栓架的設(shè)計(jì)

螺栓架上擺放4個(gè)工件，工件與螺栓架通過(guò)推力球軸承進(jìn)行定位，工件插入螺栓架中，露出的要清洗部分在下面，螺栓的帶扁頭部在螺栓架的上部。這就可以達(dá)到工件旋轉(zhuǎn)而螺栓架不動(dòng)，同時(shí)在4個(gè)工件孔的中間有一吸盤(pán)吸放平面，在螺栓架的下方兩側(cè)設(shè)有調(diào)整毛刷夾持工件松緊的限位板。

2.3 除銹毛刷的設(shè)計(jì)

毛刷對(duì)工件的夾持力的控制是依據(jù)連桿原理進(jìn)行控制的。當(dāng)動(dòng)力頭下壓時(shí)，連桿被壓，工件兩側(cè)的毛刷就向中間靠攏，與工件接觸；其夾持工件的力量，依靠調(diào)整螺栓架上的限位板的長(zhǎng)短來(lái)控制。由于工件的去銹部分較長(zhǎng)，毛刷設(shè)計(jì)為小尺寸的，將它成組插入毛刷靠模中，這樣可以根據(jù)毛刷的磨損程度進(jìn)行位置調(diào)整及更換，以提高毛刷零件的利用率。

毛刷架結(jié)構(gòu)如圖4。

2.4 運(yùn)輸生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

為提高工件的位置擺放準(zhǔn)確性，運(yùn)輸生產(chǎn)線采用軌道運(yùn)輸。由于在各液體池中的轉(zhuǎn)換，又采用了吸盤(pán)定位、航車升降的設(shè)計(jì)。能夠解決生產(chǎn)過(guò)程中的工位轉(zhuǎn)換要求，并能使位置擺放準(zhǔn)確。

3 結(jié)語(yǔ)

大螺栓除銹生產(chǎn)線是一種自主研發(fā)的全新設(shè)計(jì)，它充分考慮了生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化來(lái)減少人工操作，提高了工件加工的穩(wěn)定性，為大螺栓的除銹質(zhì)量提供了保證措施。大螺栓除銹生產(chǎn)線的主要優(yōu)點(diǎn)是：減少對(duì)工件的磨損，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低了對(duì)環(huán)境的污染，保證操作人員安全。

大螺栓除銹生產(chǎn)線是解決鐵路車輛大螺栓的除銹生產(chǎn)需要，它為解決大螺栓除銹提供了先進(jìn)的工藝手段，一定會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中得到普及和推廣。