于明輝，田志遠(yuǎn)

(1.濱州渤?；钊邢薰?，山東 濱州 256600；2.山東省發(fā)動(dòng)機(jī)活塞摩擦副重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濱州 256600)

0 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，燃燒室活塞與連桿的連接方式是由活塞銷同時(shí)穿過(guò)活塞銷孔與連桿小頭孔來(lái)固定的，而活塞銷兩端則是由卡簧來(lái)固定的，卡簧裝配的好壞會(huì)直接影響到活塞與連桿的連接。目前柴油機(jī)卡簧裝配大多以手動(dòng)裝配和半自動(dòng)裝配為主，這樣的裝配方式具有兩個(gè)弊端：一是效率低，二是裝配質(zhì)量不穩(wěn)定。在人工操作安裝卡簧時(shí)因人為地控制卡簧夾緊與釋放時(shí)機(jī)，很容易造成銷孔內(nèi)的劃傷，銷孔內(nèi)有劃傷的話，輕則導(dǎo)致活塞銷裝配卡頓，重則會(huì)導(dǎo)致活塞銷在工作過(guò)程中抱死等嚴(yán)重情況發(fā)生；部分全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備由于其柔性差，不能適應(yīng)多品種的卡簧裝配，因此沒有得到廣泛的應(yīng)用。研發(fā)一種高柔性柴油機(jī)全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備，可解決全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備適用多種卡簧裝配的難題。

1 設(shè)備構(gòu)造

該設(shè)備采用料倉(cāng)自動(dòng)取料，將卡簧夾緊放入的方式進(jìn)行裝配。其整體主要包括：活塞定位、卡簧料倉(cāng)、裝卡簧、控制等4部分。設(shè)備床身由鋁型材組裝而成，下方有減震塊連接，在降低設(shè)備整體重量的同時(shí)，易于搬運(yùn)。如圖1～圖2所示，其能夠適應(yīng)φ60 mm～φ100 mm缸徑的活塞卡簧裝配。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用圖

(1)活塞定位部分由定位氣缸、卡簧定位棒、活塞定位工裝及部分附件組成。如圖3所示，尼龍棒固定到定位氣缸上，通過(guò)氣缸的進(jìn)退進(jìn)行穿孔定位；活塞放置在定位工裝上面，由定位氣缸控制的尼龍定位棒推進(jìn)，在穿過(guò)活塞銷孔后退回，完成活塞的定位。活塞定位部分是全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵，氣缸、尼龍棒以及活塞止口定位工裝的同軸精度直接影響卡簧裝配的質(zhì)量。

圖3 活塞定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖

圖4 卡簧儲(chǔ)料及推送機(jī)構(gòu)圖

(2)卡簧料倉(cāng)如圖4所示，料倉(cāng)按照使用卡簧的尺寸定制，由卡簧存儲(chǔ)料倉(cāng)、卡簧推板、推進(jìn)氣缸及附件組成。操作人員可直接上料，推板的剛性與耐磨性極其重要，在不斷進(jìn)退摩擦中容易磨損導(dǎo)致間隙過(guò)大，影響裝配效果。推板設(shè)計(jì)厚度與卡簧厚度相同，使得推板能夠完全將卡簧從料倉(cāng)底部平穩(wěn)推出，同時(shí)又不會(huì)使料倉(cāng)中的卡簧掉落，推出的卡簧受到待裝配區(qū)上磁力吸附，達(dá)到卡簧料倉(cāng)推送出倉(cāng)的目的。

圖5 裝卡簧部分機(jī)構(gòu)圖

(3)裝卡簧部分是由氣缸驅(qū)動(dòng)，卡簧壓緊缸驅(qū)動(dòng)卡簧壓板將吸附卡簧的工裝翻轉(zhuǎn)壓緊到卡簧裝配位置，再由卡簧裝配位置氣動(dòng)夾爪夾緊后推送至活塞銷孔內(nèi)部卡簧槽位置。氣動(dòng)夾爪能夠柔性的夾緊卡簧，使卡簧能夠無(wú)觸碰銷孔內(nèi)壁，推送至銷孔槽處，然后緩慢放開卡簧釋放壓力，將壓力完全釋放到卡簧槽內(nèi)部，如圖5所示。

(4)控制部分由操作面板及按鈕組成，可以控制手動(dòng)方式下的各個(gè)動(dòng)作，如手動(dòng)活塞定位、手動(dòng)卡簧夾緊、手動(dòng)卡簧翻轉(zhuǎn)、手動(dòng)推卡簧等手動(dòng)動(dòng)作；控制面板配有自動(dòng)按鈕，在自動(dòng)模式下，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，循環(huán)裝配卡簧動(dòng)作如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)面板圖

2 設(shè)備工作原理

全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備采用步進(jìn)循環(huán)裝配方式，定位部分在卡簧裝配之前將活塞銷孔調(diào)整，同軸于裝配工裝；料倉(cāng)部分存放卡簧并將卡簧順利推出至裝配等待位；裝卡簧部分由夾爪氣缸與推進(jìn)氣缸的相互配合，根據(jù)活塞型號(hào)確定推進(jìn)行程，使卡簧準(zhǔn)確放入活塞銷孔卡簧槽中；控制部分的設(shè)計(jì)考慮操作者的安全、舒適等因素，安裝在工作臺(tái)上裝配區(qū)域外，如果出現(xiàn)意外情況能夠及時(shí)正確地處理。此設(shè)備的工作原理及工作過(guò)程如圖7所示。

全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備各工序的配合需要行程定位感應(yīng)開關(guān)傳送信號(hào)，上工序與下工序由控制系統(tǒng)行程互鎖反應(yīng)，在上一工序未完成之前下一工序無(wú)法動(dòng)作，這不但確保了卡簧工序的順序性還能保證操作者的安全性。因?yàn)榭ɑ蓨A取時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，在夾爪松開時(shí)使用緩沖氣缸釋放卡簧進(jìn)入卡簧槽的張力。

圖7 全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備工作原理圖

3 控制系統(tǒng)

全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備控制系統(tǒng)包括高壓與低壓兩部分，電氣柜引入220V交流電源，采用交變直的電氣元件，將交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電源，直流電源將用于控制系統(tǒng)歐姆龍控制器以及各個(gè)氣缸的繼電器使用電源。

活塞卡簧的裝配主要有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種模式，可以滿足不同用戶的需求。裝卡簧的動(dòng)力主要是由氣缸來(lái)提供，氣缸的運(yùn)動(dòng)方向由雙電控電磁閥來(lái)控制。以活塞工件定位為例，氣缸進(jìn)電磁閥接到PLC的24V信號(hào)，電磁閥線圈帶電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸附氣缸接通銅片。觸點(diǎn)接觸后氣閥電路導(dǎo)通，高壓氣體進(jìn)入氣缸內(nèi)使得氣缸推進(jìn)動(dòng)作，其氣動(dòng)原理圖如圖8所示。

圖8 氣缸氣動(dòng)原理圖

整個(gè)設(shè)備在工作過(guò)程中，氣缸的工作狀態(tài)由磁性開關(guān)與接近開關(guān)的反饋信號(hào)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將反饋信號(hào)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)信號(hào)狀態(tài)控制氣缸動(dòng)作。

4 實(shí)踐與應(yīng)用

為了進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備的實(shí)用性，通過(guò)操作面板進(jìn)行單工位、單步驟手動(dòng)操作，圖9為活塞定位桿定位時(shí)的狀態(tài)，氣缸連接尼龍棒準(zhǔn)確推入活塞銷孔，完成定位工序。圖10是設(shè)備卡簧裝配部分，其整體工裝與活塞定位部分安裝在同一個(gè)工作臺(tái)面，并且中心軸線相對(duì)。工作臺(tái)面留有備用開孔，以便后期的設(shè)備改進(jìn)。

圖9 活塞定位桿定位狀態(tài) 圖10 設(shè)備裝卡簧部分工裝

5 總結(jié)

全自動(dòng)活塞卡簧裝配設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)不同外徑的活塞卡簧裝配任務(wù)，更換產(chǎn)品時(shí)，僅需要更換必要的工裝即可。其結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，操作方便，不但減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提高了工作效率，使得裝配效率及質(zhì)量得到大幅度的提升，在行業(yè)內(nèi)為自動(dòng)化裝配領(lǐng)域后續(xù)科研實(shí)踐提供可靠的理論依據(jù)。