□ 國 躍1 □ 劉 楊1 □ 劉敬祺2 □ 李樹枝1 □ 陳恩平

1.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東青島 266111 2.溫州中車四方軌道車輛有限公司 浙江溫州 325000 3.燕山大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 河北秦皇島 066004

1 研究背景

動(dòng)車組外風(fēng)擋安裝于車輛中間貫通道連接處,主要作用是優(yōu)化車輛空氣動(dòng)力學(xué),降低車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生的阻力及風(fēng)噪,并且作為車端緩沖器起減振作用[1-6]。此外,外風(fēng)擋還可以改善車輛的外觀。隨著動(dòng)車組持續(xù)運(yùn)行,外風(fēng)擋框架結(jié)構(gòu)及橡膠組成受環(huán)境因素的影響,會(huì)受到損傷。為防止后續(xù)運(yùn)行過程中發(fā)生外風(fēng)擋失效、配件脫落等故障,在動(dòng)車組高級(jí)修時(shí),需對(duì)外風(fēng)擋進(jìn)行拆卸分解檢修。目前,外風(fēng)擋的拆卸及安裝無輔助工具,主要依靠人工協(xié)作完成,存在危險(xiǎn)性高、工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工藝復(fù)雜等問題。

針對(duì)以上問題,筆者設(shè)計(jì)了一種輔助裝置,實(shí)現(xiàn)外風(fēng)擋拆卸及安裝過程中的夾緊、定位、搬運(yùn)工作,在保證安全施工的同時(shí),降低勞動(dòng)速度,節(jié)約時(shí)間,提高工作效率。

2 外風(fēng)擋拆卸及安裝工藝分析

2.1 外風(fēng)擋結(jié)構(gòu)

如圖1、圖2所示,動(dòng)車組外風(fēng)擋主要由框架、壓條、橡膠膠囊等結(jié)構(gòu)組成。橡膠膠囊通過緊固件安裝于框架上,內(nèi)、外壓條對(duì)其定位壓緊。組裝完畢后的外風(fēng)擋通過螺栓豎直安裝于車端通道兩側(cè),安裝面間通常涂抹密封膠,起密封作用。

圖1 動(dòng)車組外風(fēng)擋示意圖

圖2 動(dòng)車組外風(fēng)擋結(jié)構(gòu)

2.2 拆卸

為方便高級(jí)修時(shí)對(duì)外風(fēng)擋框架、橡膠膠囊進(jìn)行檢修,需要對(duì)解編后動(dòng)車組的外風(fēng)擋進(jìn)行拆卸。由于外風(fēng)擋框架與車體安裝面間已涂抹密封膠,以及長期配合后表面油漆的滲透作用,將框架緊固件拆卸后,需要由人工進(jìn)行割膠,方能最終拆卸外風(fēng)擋。因?yàn)橥怙L(fēng)擋高度超過2.5 m,鋼架結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量大的特點(diǎn),所以割膠拆卸過程中需要多人進(jìn)行輔助防護(hù),以防止外風(fēng)擋跌落損壞、傷人。

2.3 安裝

外風(fēng)擋安裝時(shí),需要將外風(fēng)擋立起,操作人員相互協(xié)作,將外風(fēng)擋各安裝螺栓孔與車體上的螺栓孔對(duì)齊,安裝螺栓并擰緊。安裝完畢并進(jìn)行扭力緊固后,安裝面間涂抹密封膠。安裝過程中,需要輔助人員對(duì)外風(fēng)擋進(jìn)行扶持定位。

3 外風(fēng)擋拆卸輔助裝置的設(shè)計(jì)

3.1 整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)動(dòng)車組外風(fēng)擋的拆卸及安裝進(jìn)行分析,外風(fēng)擋拆卸及安裝輔助裝置的主要功能為夾持,同時(shí)具有運(yùn)輸及定位位置可調(diào)的功能。如圖3所示,外風(fēng)擋拆卸及安裝輔助裝置由動(dòng)力車、助力機(jī)械手、升降作業(yè)平臺(tái)、氣動(dòng)扳手、電動(dòng)手爪等部分組成。

圖3 動(dòng)車組外風(fēng)擋拆卸及安裝輔助裝置結(jié)構(gòu)

動(dòng)力車采用電池供電,可駕駛移動(dòng)。動(dòng)力車上設(shè)置升降作業(yè)平臺(tái),通過升降滿足作業(yè)高度的要求。動(dòng)力車上設(shè)置助力機(jī)械手,助力機(jī)械手頂端設(shè)置電動(dòng)手爪。升降作業(yè)平臺(tái)上設(shè)置氣動(dòng)扳手支架,用于懸掛平衡器和氣動(dòng)扳手。支架內(nèi)部提供氣動(dòng)管道,為氣動(dòng)扳手供氣。

3.2 助力機(jī)械手

外風(fēng)擋拆卸和安裝時(shí),電動(dòng)手爪的位置應(yīng)可調(diào),以方便拆卸完一個(gè)外風(fēng)擋之后不需要調(diào)整動(dòng)力車位置就可以直接拆卸另一個(gè)外風(fēng)擋,節(jié)約時(shí)間。助力機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖4所示,由可伸縮立柱、大臂和小臂組成。大臂與小臂由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合,實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的擺動(dòng),提供作業(yè)空間。小臂上有伺服起吊系統(tǒng),帶動(dòng)卷筒、鋼絲繩、滑輪組,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)手爪動(dòng)作,使外風(fēng)擋升降。

圖4 助力機(jī)械手結(jié)構(gòu)

3.3 氣動(dòng)扳手

為實(shí)現(xiàn)拆裝一體,方便實(shí)施作業(yè),輔助裝置上設(shè)計(jì)了氣動(dòng)扳手。氣動(dòng)扳手由高壓氣驅(qū)動(dòng),進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。手持氣動(dòng)扳手操作,可連續(xù)擰緊或拆卸螺母。氣動(dòng)扳手有兩種:一種用于安裝螺母,扭矩為35 N·m;另一種用于拆卸螺母,扭矩為60 N·m。

3.4 電動(dòng)手爪

電動(dòng)手爪用于抓夾外風(fēng)擋,由架體和兩個(gè)電動(dòng)手指組成。電動(dòng)手指安裝于架體上,抓緊外風(fēng)擋兩邊的橡膠。卷筒帶動(dòng)電動(dòng)手爪提升,可提起外風(fēng)擋。兩個(gè)電動(dòng)手指設(shè)計(jì)為一固定一隨動(dòng)結(jié)構(gòu),隨動(dòng)電動(dòng)手指通過滑塊安裝于架體的T形槽中,可以水平移動(dòng),用于調(diào)整兩個(gè)電動(dòng)手指的間距,以適應(yīng)外風(fēng)擋抓取點(diǎn)的寬度變化。電動(dòng)手爪結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 電動(dòng)手爪結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)外風(fēng)擋抓取面的形狀與位姿,電動(dòng)手爪增加鉸鏈和關(guān)節(jié)軸承設(shè)計(jì),以增大手爪的自由度。為保護(hù)抓取面,增大接觸面積,電動(dòng)手指表面采用橡膠材料,滿足抓取力要求,同時(shí)不損傷外風(fēng)擋。

4 結(jié)束語

當(dāng)前,我國動(dòng)車組正處于高速發(fā)展期,技術(shù)人員從各方面對(duì)動(dòng)車組技術(shù)進(jìn)行了研究和改進(jìn)[7-11]。動(dòng)車組外風(fēng)擋拆卸及安裝輔助裝置以現(xiàn)有動(dòng)力車操作平臺(tái)為原型,通過設(shè)計(jì)助力機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)立柱的升降操作,通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合,實(shí)現(xiàn)大臂、小臂在平面內(nèi)的調(diào)整,同時(shí)設(shè)計(jì)自動(dòng)及人工拖動(dòng)兩種方式,實(shí)現(xiàn)助力機(jī)械手的自動(dòng)化操作。電動(dòng)夾爪采用一固定一隨動(dòng)鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在滿足夾取功能的同時(shí),保證夾緊距離可調(diào)及夾取位姿的調(diào)整,夾取時(shí)不損傷外風(fēng)擋。

應(yīng)用動(dòng)車組外風(fēng)擋拆卸及安裝輔助裝置,解決了外風(fēng)擋拆卸及安裝作業(yè)過程中需多人協(xié)作,作業(yè)時(shí)間長、效率低且存在安全隱患的問題,具有推廣應(yīng)用價(jià)值。