梁 宏 ，高 濤

( 1.湖北華陽汽車制動器股份有限公司 綜合管理部，湖北 十堰 442000；2.湖北華陽汽車制動器股份有限公司 技術(shù)中心，湖北 十堰 442000)

汽車制動器的關(guān)鍵零件是制動蹄。制動蹄的材料為高強度鋼，在出廠前要求打印標識，標識的打印深度為1 mm。工業(yè)常用的打標設(shè)備有激光打標機和氣動打標機。激光打標機的雕刻深度一般在0.3 mm以內(nèi)。打印深度較大的標識需采用氣動打標機，但氣動打標機運行時的噪聲很大，通常為110～115 dB(A)，對現(xiàn)場操作人員的健康影響不可低估。國家為防治工業(yè)企業(yè)噪聲污染，改善聲環(huán)境質(zhì)量，頒布了《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》，制定了《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放國家標準》等，要求有關(guān)部門嚴格遵守噪聲限值標準，限制和治理噪聲污染。為改善工人的工作環(huán)境，解決目前生產(chǎn)中存在的氣動機噪聲污染問題，本文擬通過調(diào)研、設(shè)計、試驗，對制動蹄氣動打標與降噪的環(huán)保設(shè)備進行研究。

1 功能指標與總體方案

1.1 功能指標

確定氣動打標與降噪裝置的功能指標時，要做到設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、操作簡單、維修方便、運行可靠、降噪達標、效率提高、作業(yè)環(huán)境改善。

(1) 打印標識工件為：汽車制動蹄。

(2) 打印標識工件的材料為：高強度鋼。

(3) 打印形式為：氣動針式。

(4) 打印標識的位置要求為：兩臺打標機同時完成一個制動蹄兩個部位的標識打印。

(5) 工藝節(jié)拍為：不大于25秒/件。

(6) 降噪要求為：在原有工作噪聲110～115 dB(A)的基礎(chǔ)上，將噪聲最大聲級控制在85 dB(A)以下。

(7) 隔聲屏障要求為：吸聲效果好，并具有耐油、耐熱等優(yōu)點。

(8) 驅(qū)動方式為：氣動。

(9) 電氣控制方式為：采用PLC控制技術(shù)，手工與自動兩種操作方式。

(10) 其他功能要求包括：具備工件自動夾緊、標識自動打印、隔聲門自動開閉、安全防護等。

1.2 總體方案

制動蹄氣動打標與降噪裝置設(shè)計主要包括以下兩方面內(nèi)容：一是氣動打標裝置設(shè)計，二是降噪裝置設(shè)計[1-3]。其總體設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 氣動打標與降噪裝置的總體設(shè)計方案

根據(jù)工藝節(jié)拍需要，制動蹄氣動打標與降噪裝置中設(shè)有1個隔聲門(根據(jù)具體情況，也可設(shè)置2個)、2個打標工位及2個隔聲罩。每個工位配置2臺打標機和1個工件定位夾緊裝置。

2 氣動打標裝置設(shè)計

本文所設(shè)計氣動打標裝置的機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要由橫向氣動打標機1、豎向氣動打標機2、夾緊氣缸3、工件(制動蹄)4、擋塊5、定位板6等組成。其中：夾緊氣缸3和擋塊5均通過螺栓與定位板6固定連接；工件4放在定位板6上，靠擋塊5來限位；工件4用夾緊氣缸3來夾緊。

圖2 氣動打標裝置的機械結(jié)構(gòu)

本文采用計算機控制氣動打標裝置。打印針在X、Y二維平面內(nèi)按照編輯好的字符或圖形軌跡運動。以高壓氣體高頻沖擊打印針，在工件表面形成由密集點陣組成的字符或圖形。所設(shè)計氣動打標裝置可打印任意字符、圖形、商標、圖案，并且標記工整清晰。面對不同生產(chǎn)廠家和種類繁多的氣動打標機，應根據(jù)打印工件的具體要求選擇技術(shù)參數(shù)合適的單臺氣動打標機(表1)。

表1 單臺氣動打標機的主要技術(shù)參數(shù)

3 降噪裝置設(shè)計

降噪裝置主要用于解決氣動針式打標機打印制動蹄標識時產(chǎn)生的強噪聲污染問題。噪聲源主要來自針頭沖擊高強度工件時產(chǎn)生的沖擊波。面對這種強噪聲場合，解決噪聲污染問題的主要辦法是設(shè)置隔聲屏障，遮擋聲源與接收者之間的直達聲，在聲源和接收者之間安裝一定的設(shè)施，使聲波傳播顯著衰減，從而減弱接收者所在區(qū)域受到的噪聲影響。降噪應從隔聲屏障的材料選擇和降噪方案設(shè)計兩方面著手。本文采用平板阻性隔聲屏障。其前板、后板、側(cè)板構(gòu)成一個封閉的箱式結(jié)構(gòu)，形成一個模塊化單元。前板為穿微孔的鍍鋅鋼板，后板和側(cè)板為不穿孔的鍍鋅鋼板。鍍鋅鋼板的表面采用高壓靜電噴涂處理，在兩層板之間填充玻璃棉板。所選平板阻性隔聲屏障的厚度一般控制在80～120 mm。

本文根據(jù)氣動打標與降噪裝置的功能指標和總體方案，結(jié)合文獻[4-5]，擬定了3種降噪裝置設(shè)計方案。

3.1 方案一

降噪裝置設(shè)計方案一的機械結(jié)構(gòu)如圖3所示。它主要包括：帶輪1、軸2、齒輪3、齒條4、門架5、隔聲門6、連桿7、 導向輪8、導向板9、滾輪10、滾動導軌11、機架(隔聲罩)12等。其中：帶輪1、軸2、齒輪3固接在一起，齒條4、門架5固接在一起，導向板9、滾動導軌11與機架12固接在一起。將4臺打標機分為兩組(兩臺為一組，每組配一臺工件定位夾緊裝置)，分別裝在兩個隔聲罩內(nèi)； 齒條4、門架5、滾輪10裝在滾動導軌11上；隔聲門6裝在導向板9上，二者用導向輪8連接。設(shè)備運行時，電機(未標出)通過皮帶(未標出)、帶輪、軸、齒輪、齒條、門架、連桿，實現(xiàn)隔聲門、導向輪、導向板的一系列運動；工件被送入左右隔聲罩內(nèi)的指定工位，實現(xiàn)自動定位、夾緊和打??；隔聲門隨工件打印工位的啟閉而左右移動。在整個工藝過程中，汽車制動蹄的標識打印能夠自動循環(huán)完成。

圖3 降噪裝置設(shè)計方案一的機械結(jié)構(gòu)

3.2 方案二

降噪裝置設(shè)計方案二的機械結(jié)構(gòu)如圖4所示。它主要包括：打標機1、隔聲罩2、工件夾具3、頂升氣缸4、安全光幕5、機架6等。其中，4臺打標機被分成兩組(每組為兩臺，每組配有一套工件定位夾緊裝置)，分別裝在兩個隔聲罩內(nèi)； 兩個頂升氣缸分別與左、右隔聲罩連接；隔聲罩通過頂升氣缸4實現(xiàn)上下開啟和閉合；安全光幕5裝在機架6的兩側(cè)。設(shè)備運行時，工件被送入左右隔聲罩內(nèi)，通過工件夾具3實現(xiàn)工件的自動定位和夾緊，在隔聲罩落下時完成標識打印。在整個工藝過程中，汽車制動蹄的標識打印能夠自動循環(huán)完成。

圖4 降噪裝置設(shè)計方案二的機械結(jié)構(gòu)

3.3 方案三

降噪裝置設(shè)計方案三的機械結(jié)構(gòu)如圖5所示。它主要包括：打標機1、隔聲罩2、移動氣缸3、隔聲門4、支撐座5、啟閉氣缸6、安全光幕7、滑軌8、機架9等。其中，打標機共4臺，每兩臺為一組，并配有工件定位夾緊裝置，分別裝在隔聲罩內(nèi)的2個工位上； 隔聲門4裝在支撐座5上，二者用導桿連接，通過氣缸6啟閉隔聲門4；隔聲門4和支撐座5裝在滑軌8上，可通過移動氣缸3使隔聲門4和支撐座5左右移動;安全光幕7裝在隔聲門4的兩邊，以確保上下料安全。設(shè)備運行時，工件被送到左右隔聲罩內(nèi)的工位上，實現(xiàn)自動定位、夾緊和打??；隔聲門隨工件打印工位的啟閉而左右移動。在整個工藝過程中，汽車制動蹄的標識打印能夠自動循環(huán)完成。

圖5 降噪裝置設(shè)計方案三的機械結(jié)構(gòu)

3.4 方案比較

為確定最佳的設(shè)計方案，本文對上述3種設(shè)計方案進行了比較(表2)。

表2 3種設(shè)計方案的比較

通過比較可看出，設(shè)計方案三評價最佳，故采用設(shè)計方案三。通過樣機試制[6]和測試，使用按方案三設(shè)計的汽車制動蹄氣動打標與降噪裝置后，氣動打標機運行時的最高噪聲由原來的115 dB(A)降至85 dB(A)，達到了國家噪聲允許標準。

4 解決的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 針對汽車制動蹄氣動打標噪聲污染問題，本文提出了在整個打標機組加裝隔聲罩、優(yōu)化降噪工藝路線的措施。在設(shè)計氣動打標降噪裝置時設(shè)置1個隔聲門、2個打標工位和2個隔聲罩，每個工位可配置多臺打標機和多個工件定位夾緊裝置；電氣控制采用PLC控制技術(shù)，手工與自動兩種操作方式；具備安全、噪聲監(jiān)控報警和數(shù)值顯示功能。

(2) 在優(yōu)化氣動打標降噪設(shè)備工藝路線時，對整個打標機組加裝隔聲罩并設(shè)置了隔聲門。隔聲罩采用吸聲效果好、耐油耐熱耐紫外線的材料。為保證隔聲罩的密閉性，在隔聲門周邊增設(shè)了彈性橡膠墊，同時，在打標機壓緊夾具與工件接觸處增設(shè)橡膠塊，獲得了良好的降噪效果，使噪聲最大聲級由115 dB(A)降至國家標準規(guī)定的85 dB(A)。

(3) 通過開發(fā)工件的自動裝夾、自動打標識以及隔聲門自動開閉等關(guān)鍵技術(shù)，解決了汽車制動蹄氣動打標的準確定位與夾緊問題，實現(xiàn)了標識的精確打印。所設(shè)計隔聲門能自動開閉，配合使用安全光幕，確保生產(chǎn)安全。