夏金星

東風井關(guān)農(nóng)業(yè)機械有限公司 湖北襄陽 441000

1 序言

彈簧是往復(fù)運動機構(gòu)的重要組件之一，采取合適的方法對彈簧進行壓縮是實現(xiàn)往復(fù)運動機構(gòu)安裝的重中之重。目前了解到，多數(shù)往復(fù)運動機構(gòu)都設(shè)計選用了較小簧徑和彈力的彈簧，該類彈簧的壓縮和安裝也通常是運用杠桿原理，利用改制的夾鉗類工具進行操作實現(xiàn)的。

圖1 伸縮機構(gòu)

2 提出問題

我公司某機型伸縮機構(gòu)的爆炸圖如圖1所示，該機構(gòu)也是由彈簧組成的往復(fù)運動機構(gòu)，但不同的是，該機構(gòu)采用了直徑達14mm的彈簧鋼做成的重型彈簧，其設(shè)計圖樣如圖2所示，最大彈力可達11500N。巨大的彈力對安裝方法提出了更高的要求。經(jīng)過測量統(tǒng)計各組件的尺寸和裝配關(guān)系發(fā)現(xiàn)，彈簧在自由狀態(tài)下尺寸為87mm，小墊圈與彈簧墊圈厚度和為9mm，所有組件都安裝的情況下，如圖3中A狀態(tài)所示，內(nèi)六角螺栓M10×35mm與液壓缸內(nèi)螺紋相距3mm，彈簧不壓縮是無法安裝內(nèi)六角螺栓的。

圖2 彈簧設(shè)計圖

圖3 機構(gòu)剖視（裝配尺寸計算）

3 改進設(shè)計

起初想到的是設(shè)計變更，將內(nèi)六角螺栓換選成較長規(guī)格的，但是仍面臨三大難題：①小墊圈的厚度，但設(shè)計者首先從使用壽命和強度上給予了否定。②內(nèi)六角螺栓長度變化，該零件選用了高強度12.9級的內(nèi)六角螺栓，如果采用長40mm規(guī)格的螺栓，在A狀態(tài)時，僅有1個螺距（M10螺栓粗牙螺距1.5mm）的配合，極不穩(wěn)妥；如果采用長45mm規(guī)格的螺栓，液壓缸的螺紋孔又設(shè)計太淺，螺栓緊固后，襯瓦有4mm軸向活動間隙，這是堅決不允許的；如果將標準螺栓改成特制件，標準件廠家又會增加新的投入，周期延長，成本也隨之增加，仍舊沒有通過。③液壓缸螺紋加深6mm，配合選用長45mm的螺栓，雖能滿足設(shè)計上的裝配要求，但實際上也無法達成，液壓缸是進口件，而且是其公司的成熟品，廠家也無意再作修改。以上3種設(shè)計變更的思路均未通過。

之后改從墊圈著手考慮，經(jīng)過計算，如果先用3mm的墊圈臨時代替小墊圈和彈簧墊圈，此時螺栓配合部分有3mm（2個螺距），然后使用氣動沖擊扳手安裝內(nèi)六角螺栓壓縮彈簧到一定位置后，用一剛性支撐頂住伸縮機構(gòu)總成（見圖4），最后再使用氣動工具拆掉螺栓和臨時墊圈換裝成設(shè)計的小墊圈和彈簧墊圈。思路和操作都很簡單，運用該方法進行試裝，最終雖能達到設(shè)計預(yù)期的安裝效果，但耗時較長。在更換一批其他部品拆機作業(yè)時發(fā)現(xiàn)，最為擔心的問題——螺紋結(jié)構(gòu)的損壞還是發(fā)生了。其實，在安裝時已有所察覺，用最大力矩可達200N·m的氣動沖擊扳手安裝時，螺栓旋入的速度異常緩慢，這時頭部的螺紋由于受力過大，已開始出現(xiàn)損傷，因此在拆卸時，損傷的外螺紋部分引起更多的內(nèi)螺紋損壞，高達50%的螺栓無法拆卸，最終導(dǎo)致進口液壓缸因螺紋破壞而不得不報廢，損失巨大。因此，該方法只能就此放棄。

圖4 伸縮機構(gòu)總成與支撐

克服巨大的彈力，運用簡單的杠桿原理就需要很長的力臂，設(shè)計該類工裝不僅占用空間大，而且也很難起到省力的效果，傳統(tǒng)的方法只能摒棄。結(jié)合平時的生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過討論研究，發(fā)現(xiàn)重型臺虎鉗采用T形螺紋副進行夾持和自鎖，完全能滿足組裝需求。結(jié)合液壓缸總成的結(jié)構(gòu)，將臺虎鉗進行了改制，如圖5所示（件1～件8組成液壓缸部分，件10～件18組成伸縮機構(gòu)，件19～件25組成臺虎鉗部分）。從中可看出，設(shè)計采用2件活動插銷與液壓缸固定座將伸縮機構(gòu)的液壓缸牢固地固定在臺虎鉗的固定鉗座上，改制的活動鉗口中部留有足夠空間便于內(nèi)六角螺栓安裝。在使用臺虎鉗T形螺紋副進行旋轉(zhuǎn)夾緊時，需要使用較長的加長桿旋轉(zhuǎn)，雖能實現(xiàn)彈簧的壓縮，保證內(nèi)六角螺栓無損安裝，但效率極為低下，仍耗時耗力。因此，純機械結(jié)構(gòu)操作，已不能滿足高效省力的安裝需求，而穩(wěn)定可靠的液壓控制系統(tǒng)的需求，越發(fā)明顯。為此，我們將庫存中無法消耗的直徑為40mm、最大壓力可達21MPa的雙向液壓缸經(jīng)過計算校驗又重新派上了用場。根據(jù)公式P＝F/S，可計算出該液壓缸能達到的最大壓力F＝21×π×202＝26376（N）＞11500（N），液壓缸達到43%的壓力即可滿足使用。結(jié)合現(xiàn)有液壓站，依照圖6所示的最傳統(tǒng)的液壓控制圖開始設(shè)計和制作。調(diào)速閥可以對液壓缸伸縮的速度進行控制，截止閥與壓力表可以實現(xiàn)對壓力進行控制，調(diào)節(jié)至大于彈簧最大壓力20%即可實現(xiàn)壓縮，同時，也保證了其他組件的安全。所有元件到位后，對臺虎鉗原有的螺紋副機構(gòu)進行了拆除，換裝上設(shè)計的液壓控制系統(tǒng)，如圖7所示。經(jīng)過30臺份小批量的試裝，證實了預(yù)期計算校核的正確性，液壓控制系統(tǒng)帶動改制的臺虎鉗能輕松高效地對該伸縮機構(gòu)進行壓縮，并實現(xiàn)內(nèi)六角螺釘?shù)臒o損安裝。雖然臺虎鉗結(jié)構(gòu)本身還需要克服活動鉗口與液壓缸落差的力矩，但當調(diào)節(jié)液壓缸壓力為17MPa時即可輕松完成對該機構(gòu)的組裝，效率較之前大幅提升，并極其省時省力，達到了改進的預(yù)期。

圖5 液壓夾具機械部分與伸縮機構(gòu)

圖6 液壓系統(tǒng)

圖7 液壓夾具試裝

4 結(jié)束語

該伸縮機構(gòu)組裝方法的改進，是機械和液壓相關(guān)知識在傳統(tǒng)臺虎鉗夾緊裝置的綜合運用，為類似重型彈簧機構(gòu)的組裝提供了一種新的思路，也為類似彈簧伸縮機構(gòu)的設(shè)計提供了有益的參考。