黃勤芳，劉升旭，艾鴻濱，梁立興

（1.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530226；2.南寧市安和機械設(shè)備有限公司，廣西 南寧 530007）

全球最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)重載汽車“國六”標(biāo)準(zhǔn)的實施，對我國的汽車排放提出了更嚴(yán)格的節(jié)能降耗要求，升級重型汽車系列行動對渦輪增壓技術(shù)革新帶來新機遇。渦輪增壓發(fā)動機廣泛應(yīng)用于重型工程車輛，通過內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動渦輪增壓器產(chǎn)生壓縮空氣，提高發(fā)動機空氣進(jìn)氣量，提升發(fā)動機功率、降低燃料消耗[1]。但同時渦輪增壓器產(chǎn)生的壓縮空氣壓力和溫度升高，會對發(fā)動機使用壽命有影響，降低發(fā)動機的熱效能。因此，渦輪增壓產(chǎn)生的壓縮空氣一般需經(jīng)中間冷卻器冷卻后再進(jìn)入發(fā)動機氣缸，中冷器的作用就是降低壓氣機后壓縮空氣的溫度，溫度降低可提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)一步提高發(fā)動機的有效功率[2]。實際應(yīng)用中，在重型車上采用渦輪增壓系統(tǒng)后，會導(dǎo)致中冷器進(jìn)氣溫度的升高，中冷器鋁材的熱應(yīng)力急劇提高。在熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的疊加下，中冷器出現(xiàn)變形而失效的概率增大，一般常見情況是，溫度過高的壓縮空氣通過中冷器進(jìn)氣口時，會使中冷器散熱管進(jìn)氣側(cè)0～30 mm處破損等而失效，壓縮空氣經(jīng)過中冷器管口到中部后，溫度有所下降，因此散熱管中部不會出現(xiàn)失效破損情況。前期研究中，新型節(jié)能加強型中冷器管的冷卻管解決了因進(jìn)氣溫度過高導(dǎo)致管道破損的問題，本研究則需解決節(jié)能加強型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備研究，以促進(jìn)節(jié)能加強型中冷器管的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1 研究基礎(chǔ)

國內(nèi)已有一些學(xué)者對汽車?yán)鋮s管生產(chǎn)工藝與設(shè)備進(jìn)行了研究。劉國等[3]研究了一種用于中冷器管雙向穿內(nèi)翅片的加工設(shè)備，該設(shè)備包括內(nèi)翅片送料裝置、推送部件、驅(qū)動裝置A、穿內(nèi)翅片平臺、中冷器管送料裝置A和中冷器管送料裝置B，推送部件往復(fù)運動一次就可以將兩個內(nèi)翅片分別穿插進(jìn)兩個中冷器管中，完成兩個中冷器的組裝；張北生[4]研發(fā)了一種汽車中冷器扁管內(nèi)翅片插裝機，該裝置包括內(nèi)翅片進(jìn)料單元、內(nèi)翅片壓緊單元、扁管貯料單元、內(nèi)翅片推進(jìn)單元、推管單元，可以實現(xiàn)翅片自動插入扁管，并將扁管自動推入扁管收集箱。劉國等[5]研究了一種用于穿內(nèi)翅片機的定位機構(gòu)及穿內(nèi)翅片機，該定位機構(gòu)包括承托架、均設(shè)在承托架上的定位塊、第一水平驅(qū)動單元、第一豎直驅(qū)動單元。文獻(xiàn)[3-5]雖然解決了一些傳統(tǒng)的加工方法中存在的問題，但是，文獻(xiàn)[4-5]的方法依然存在加工效率不高的問題，而且所提到的冷卻管生產(chǎn)設(shè)備指的是傳統(tǒng)的中冷器冷卻管生產(chǎn)設(shè)備，其中冷器管沒有加固片，本研究所提到的節(jié)能加強型冷卻管帶有加固片，業(yè)內(nèi)沒有參考先例。

通過對組裝加強型冷卻管生產(chǎn)廠家的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前主要采用人工裝配的方式生產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，安全性差，次品率高，因此，研發(fā)了節(jié)能加強型冷卻管的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備。生產(chǎn)實踐表明，該汽車節(jié)能加強型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備安全性高，大幅提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品合格率，滿足企業(yè)大規(guī)模和綜合化加工的需求。

2 加強型冷卻管結(jié)構(gòu)特點及工藝分析

汽車加強型冷卻管一般由鋁合金材料制成，按照冷卻介質(zhì)的不同，常見的冷卻管可以分為風(fēng)冷式和水冷式兩種[6]，對于裝備了渦輪增壓發(fā)動機的汽車來說，冷卻管的介質(zhì)是風(fēng)冷，是渦輪增壓系統(tǒng)中冷器的關(guān)鍵核心部件。

傳統(tǒng)中冷器冷卻管和節(jié)能加強型冷卻管的區(qū)別就在于，加強型冷卻管在普通冷卻管的兩端口上下側(cè)脹接加固片，增加管口強度，解決管口破損的問題，普通管和加強型冷卻管的結(jié)構(gòu)比較如圖1所示。

圖1 普通冷卻管與加強型冷管

結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，對汽車節(jié)能加強型冷卻管生產(chǎn)工藝分析，生產(chǎn)工藝示意圖如圖2所示，包括冷卻管（中冷器散熱管）成型工藝、加固片組裝工藝、翅片成型工藝、翅片組裝工藝。其中，冷卻管的成型、內(nèi)翅片的成型及加固片的生產(chǎn)由專用的設(shè)備生產(chǎn)實施，翅片、冷卻管空管及加固片裝配生產(chǎn)由本文研究設(shè)備生產(chǎn)。

圖2 加強型冷卻管的生產(chǎn)工藝示意圖

3 生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

在前述傳統(tǒng)冷卻管生產(chǎn)設(shè)備的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)具體的條件，研究設(shè)計節(jié)能加強型冷卻管的生產(chǎn)設(shè)備，根據(jù)上述工藝流程，研究設(shè)計汽車節(jié)能加強型冷卻管生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該設(shè)備主要由電器控制系統(tǒng)、機架總成、空管定位及輸送組件、振動盤供料裝置、加固片裝配段總成和插翅片段總成組成。

圖3 冷卻管生產(chǎn)設(shè)備

空管定位及輸送組件為左右兩件，且分別固定在機架總成前端部，各空管定位及輸送組件的外側(cè)分別與振動盤供料裝置連接，后端部分別與加固片裝配段總成的前端連接，機架總成前端安裝有插翅片段總成、電器控制系統(tǒng)與空管定位及輸送組件、振動盤供料裝置、加固片裝配段總成及插翅片段總成電性連接。

電器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括控制面板、輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)，并且在控制面板上設(shè)有觸摸屏、開關(guān)按鈕和指示燈。

圖4 電器控制系統(tǒng)

空管定位及輸送組件主要由能夠輸入各種規(guī)格空管的進(jìn)料組件和能夠?qū)⒖展軠?zhǔn)確輸送到工位上的物料輸送部件構(gòu)成，如圖5所示。在進(jìn)料組件左右設(shè)有兩個進(jìn)料側(cè)板總成并分立于物料輸送部件的兩側(cè)，進(jìn)料側(cè)板總成的外側(cè)底部各安裝有一組管口校準(zhǔn)部件。

圖5 空管定位及輸送組件

加固片裝配段總成包括三組翻管總成以及底板組件兩個部分，結(jié)構(gòu)如圖6所示。底板組件的底部設(shè)有滑動導(dǎo)槽，通過滑動導(dǎo)槽安裝在機架總成上，在三組翻管總成的左右兩側(cè)各設(shè)有一組安裝有動模油壓限位總成的加固片裝配動模組件，在各組動模油壓限位總成的另一側(cè)各連接有一組加固片分料導(dǎo)槽裝置，并且在各組加固片分料導(dǎo)槽裝置的前后兩端各安裝有一組加固片夾送機械手。

圖6 加固片裝配段總成

4 生產(chǎn)工藝流程

本研究提出的汽車節(jié)能冷卻管生產(chǎn)工藝流程如圖7所示。

圖7 工藝流程圖

4.1 空管的落料、定位及輸送

1）空管的落料及位置的調(diào)節(jié)：根據(jù)空管的規(guī)格，旋轉(zhuǎn)空管寬度調(diào)節(jié)組件，使得進(jìn)料組件與空管規(guī)格相適應(yīng)。將空管放入進(jìn)料組件的兩側(cè)進(jìn)料側(cè)板總成之間，完成落料工序。

2）空管的定位：打開左右兩組空管定位部件的空管，夾緊氣缸，使得空管腔定位板插入空管的兩端口?？展芄芸诘男Γ褂眯？趭A持板夾持空管兩端，伸出?？诘恫迦肟展艿墓芸冢沟迷诤附庸ば蛑性斐傻淖冃伪怀C正。

3）空管的輸送：校口刀從空管的管口退出，打開物料輸送部件使輸送機架向前運動，直至送管U形座與空管對準(zhǔn)，空管落入送管U形座，將空管往下道工序輸送。

4.2 空管與加固片脹接

1）加固片的分料：加固片通過振動盤供料裝置進(jìn)入分料導(dǎo)槽裝置，打開加固片推送組件，使得加固片向前運動。

2）空管的夾送：將空管輸送到翻管組件，將空管翻轉(zhuǎn)90°到加固片的裝配工位。

3）第一和第二個加固片輸送：通過機械手夾取加固片，將第一和第二個加固片輸送并定位到左右各組加固片裝配動模組件的凸模上，使得加固片與空管緊密配合。

4）加固片與空管的脹接：左右各組凹模向凸模運動，將加固片與空管兩端頭內(nèi)腔的各上孔口進(jìn)行脹接。

5）翻轉(zhuǎn)：起動翻管總成將空管翻轉(zhuǎn)180°并輸送到加固片裝配工位。

6）第三和第四個加固片輸送：通過機械手夾取加固片，將第三和第四個加固片輸送并定位到左右各組加固片裝配動模組件的凸模上，使得加固片與空管緊密配合。

7）加固片與空管的脹接：左右各組凹模向凸模運動，將加固片與空管兩端頭內(nèi)腔的各上孔口進(jìn)行脹接。

4.3 內(nèi)翅片輸送工段

1）內(nèi)翅片的輸送：將內(nèi)翅片放入輸送槽，當(dāng)?shù)谝粋€內(nèi)翅片從右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板時，活動限位組件升起，打開右側(cè)的內(nèi)翅片輸送槽，該內(nèi)翅片進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板；第二個內(nèi)翅片從右側(cè)進(jìn)入左側(cè)的內(nèi)翅片導(dǎo)板時，活動限位組件下降，堵住內(nèi)翅片輸送槽，打開左側(cè)的內(nèi)翅片輸送槽。

2）內(nèi)翅片的吹送：吹嘴組件使內(nèi)翅片按照預(yù)設(shè)的軌道準(zhǔn)確進(jìn)入下一裝配工位。

4.4 冷卻管的裝配及輸送

1）冷卻管的裝配：將左內(nèi)翅片推送入空管的左腔；將空管調(diào)頭，將右內(nèi)翅片推送入空管的右腔，汽車節(jié)能冷卻管裝配完畢。

2）裝配組件的輸送：將空管橫架在送管U形座上，由移動組件輸送到內(nèi)翅片裝配工位。

3）檢驗入庫：將裝配完畢的汽車節(jié)能冷卻管進(jìn)行檢驗，合格后入庫。

5 結(jié)束語

項目組在實地調(diào)研汽車?yán)鋮s管生產(chǎn)設(shè)備及工藝的基礎(chǔ)上，研究了一種汽車節(jié)能冷卻管生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程。該設(shè)備既提高了冷卻器生產(chǎn)的效率，又可降低成本，滿足了企業(yè)對設(shè)備的要求，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益[7]。