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        鐵路平車鎖閉裝置激光定位裝置的設(shè)計(jì)與研制

        2022-09-20 04:55:10高頌慶馬龍飛
        金屬加工(冷加工) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        高頌慶,馬龍飛

        中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 051430

        1 序言

        激光定位器具有高抗干擾性、高穩(wěn)定性、高可靠性,可產(chǎn)生不同光束發(fā)散度的一字線及十字線等,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)標(biāo)識器、工業(yè)用激光模組及對制造零部件、裝配設(shè)備的定位。

        X70型集裝箱專用平車是無地板、端門的框架式平車,用于裝運(yùn)兩個20ft(1ft=0.305m)集裝箱或一個40ft集裝箱,主要由底架、鎖閉裝置、制動裝置、車鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架等部分組成,底架為全焊鋼結(jié)構(gòu),主要材質(zhì)為Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼,裝用固定式鎖閉裝置(端部)、推拉翻轉(zhuǎn)式集裝箱鎖閉裝置(中部)。

        根據(jù)鐵路貨車產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量認(rèn)證細(xì)則(X70型集裝箱專用平車)要求,集裝箱鎖閉裝置組對工裝是X70型集裝箱專用平車生產(chǎn)的必備裝備之一。鎖閉裝置組裝尺寸的精度直接影響車輛的使用,還可能影響行車安全,如:集裝箱無法裝載、運(yùn)行時集裝箱脫落等,因此鎖閉裝置組裝質(zhì)量尤為關(guān)鍵,鎖閉裝置的組裝方式主要通過工藝裝備來保證,所以工裝的精度高低直接決定了鎖閉裝置的組裝精度。

        2 鎖閉裝置的結(jié)構(gòu)分析

        X70型平車鎖閉裝置主要由4個推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭和4個固定式鎖頭構(gòu)成,安裝在車體上,與集裝箱角件配合,保障在運(yùn)輸過程中集裝箱與運(yùn)輸載體間不發(fā)生位置的相對移動或脫離。其中單、雙鎖座縱向中心距(5853±6)mm,單鎖座縱向中心距(11985±6)mm,單、雙鎖座橫向中心距22590-3mm,單鎖座與雙鎖座對角線差≤13mm,兩單鎖座對角線差≤16mm,這些尺寸是鎖閉裝置組裝的關(guān)鍵尺寸,是集裝箱順利裝載及運(yùn)行安全穩(wěn)定的保障。

        鎖閉裝置的各項(xiàng)尺寸均以鷹頭結(jié)構(gòu)鎖頭上鷹眼為基準(zhǔn),如何精準(zhǔn)定位鷹眼位置十分關(guān)鍵,傳統(tǒng)鎖閉裝置定位工裝將定位尺寸轉(zhuǎn)化至鎖頭的內(nèi)側(cè)平面及側(cè)面的不規(guī)則點(diǎn)或者鎖座的邊緣。由于鑄造原因,每個鎖頭不同程度上存在差異,尺寸轉(zhuǎn)化過程中存在偏差的風(fēng)險,加上工裝自身定位精度存在誤差,很難保證鎖閉裝置組裝尺寸,并且普通工裝采用接觸式剛性定位,組裝時需要完全貼緊定位塊,在工裝吊出時,通過人為很難控制工裝的平衡,這樣就會使工裝定位模塊與鎖頭碰撞造成變形,影響定位精度。

        我們考慮采用激光定位的方式對鎖頭鷹眼進(jìn)行定位組裝,定位點(diǎn)與集裝箱裝載使用點(diǎn)保持一致[1],組裝尺寸更加準(zhǔn)確,并且激光定位組裝時與鎖頭不接觸,這樣不但保證定位的精度,而且工裝與工件分離,避免在使用時造成磕碰,定位精度得到保證。

        3 工裝設(shè)計(jì)方案

        3.1 激光定位器應(yīng)用介紹

        激光定位器集合了激光的抗干擾性、高穩(wěn)定性,激光定位器產(chǎn)生的紅綠光線清晰明亮,效果直觀,實(shí)用體積小巧,特別適用于大型設(shè)備的安裝、定位,可大幅提高工作效率,且工業(yè)適用性強(qiáng)。

        3.2 工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)

        1)強(qiáng)結(jié)構(gòu)減自重創(chuàng)新設(shè)計(jì)。為減少因?yàn)楣ぱb自身變形影響定位精度的情況,秉著使用時能夠快捷、方便地調(diào)整的原則,我們考慮采用具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕特點(diǎn)的合金材料作為工裝的基本框架材料。

        通過分析鎖頭的整體組裝結(jié)構(gòu),鎖閉裝置組裝以車體中心為基準(zhǔn)定位點(diǎn)組裝4個推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭,再以推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭定位端部固定鎖頭,因此將推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭定位做成一個整體(采用鋼結(jié)構(gòu))并作為基準(zhǔn)。

        整體結(jié)構(gòu)(見圖1)采用三段設(shè)計(jì)方案,中部作為定位基準(zhǔn)采用普通鋼結(jié)構(gòu),中部結(jié)構(gòu)小巧、整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,作為定位基準(zhǔn)牢固可靠;中部下側(cè)向外延伸支撐板,支撐兩翼,增加穩(wěn)定性;兩翼采用鋁合金框架焊接結(jié)構(gòu),兩翼與中部連接處內(nèi)外兩側(cè)增加加強(qiáng)板,進(jìn)一步提升強(qiáng)度;中部與兩翼采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接,在無生產(chǎn)時方便拆卸,易于存放,減少場地占用。該結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量主要集中在中部,同時吊運(yùn)裝置設(shè)計(jì)在中部,保證在日常使用中吊運(yùn)平穩(wěn)、無變形,避免在使用過程中因兩端自重而造成工裝變形,影響定位精度,進(jìn)而影響組裝質(zhì)量。

        2)無障礙激光定位創(chuàng)新設(shè)計(jì)。打破傳統(tǒng)剛性定位方式,創(chuàng)新設(shè)計(jì)激光非接觸定位[2],在8個鎖頭的上方采用360°可調(diào)整的激光探頭,投射出十字激光定位線,十字交點(diǎn)即為鎖頭鷹嘴定位(見圖2),線條即為鎖座的橫向、縱向中心定位線,用來檢查鎖座是否擺正。激光投射裝置離車體上平面距離較大,鎖閉裝置組裝空間大,方便操作并且工裝吊出時與配件無接觸(傳統(tǒng)工裝與工件貼嚴(yán),工裝大而重,吊出時很難把控工裝的平衡,定位塊與工件易摩擦磕碰,造成定位塊變形,影響工裝的定位精度)。組裝完成后定位焊時,由于工裝與工件分離,可避免焊接飛濺對工裝精度的影響。組裝時只需將鎖頭上鷹嘴紅點(diǎn)及鎖座中心分別與激光十字線對齊即可,操作簡單方便,質(zhì)量可靠,同一側(cè)鎖座的直線度得到保證。

        圖1 集裝箱鎖閉裝置組對工裝結(jié)構(gòu)

        圖2 激光定位組裝效果

        3)全方位高精細(xì)位置調(diào)整。在枕梁上蓋板及中橫梁上蓋板處設(shè)有6個球形滑輪,球形滑輪內(nèi)部裝有支撐彈簧,支撐工裝保持穩(wěn)定,在工裝與車體對中調(diào)整時,可實(shí)現(xiàn)平面360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整。由于球形滑輪與車體屬于點(diǎn)接觸,所以整體摩擦力較小,調(diào)整操作方便,用力小。

        4)自動對中調(diào)整裝置(見圖3)。為更加快捷地使工裝與車體橫向、縱向中心對齊,沿著車體縱向分別在車體中心及枕梁處設(shè)置3組對中調(diào)整設(shè)施,采用螺旋絲杠配合手輪設(shè)計(jì)[3],轉(zhuǎn)動手輪兩側(cè)滑塊同時自動向中部移動,可快速實(shí)現(xiàn)工裝與車體橫向自動對中,調(diào)整方便,操作簡單。

        圖3 自動對中調(diào)整裝置

        中部鋼結(jié)構(gòu)的下部采用自動夾緊裝置對中央大橫梁、中橫梁、上蓋板進(jìn)行夾緊定位,快速實(shí)現(xiàn)以車體中心縱向定位,保障工裝定位準(zhǔn)確,進(jìn)一步提升組裝質(zhì)量。

        5)激光防撞保護(hù)設(shè)計(jì)。為保證在使用過程中激光探頭不磕碰,保護(hù)電子元器件,在激光探頭下部設(shè)計(jì)防護(hù)板,上部設(shè)計(jì)防護(hù)罩,激光探頭通過防護(hù)板通孔將十字線投射,日常使用時外部看不到激光探頭,防止激光探頭被碰撞造成損壞或者影響定位精度(見圖2)。

        6)防錯裝應(yīng)用設(shè)計(jì)。如圖4所示,鎖閉裝置組成1位、2位和5位、6位鎖頭鷹嘴朝向車體一位側(cè),2位、3位和7位、8位鎖頭鷹嘴朝向車體二位側(cè),為避免鎖頭方向翻轉(zhuǎn),影響集裝箱裝載及運(yùn)行安全,考慮增加防錯裝功能,設(shè)計(jì)在1位、2位和5位、6位鎖頭使用綠顏色激光定位,在2位、3位和7位、8位鎖頭使用紅顏色激光定位,并且鷹嘴朝向的激光線帶有箭頭指向,在工裝的外側(cè)表面上粘貼鎖頭鷹嘴朝向的三維示意圖,實(shí)現(xiàn)在鎖閉裝置組裝時的防錯功能。

        圖4 防錯裝應(yīng)用設(shè)計(jì)

        4 工裝應(yīng)用效果

        經(jīng)過對100輛車的組裝尺寸進(jìn)行檢測校核統(tǒng) 計(jì),各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)均符合圖樣要求,該工裝組裝定位尺寸穩(wěn)定可靠,滿足X70型平車必備裝備的生產(chǎn)條件。

        該工裝在X70型集裝箱專用平車批量生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用,自動對中裝置配合球形支撐輪結(jié)構(gòu)可快速實(shí)現(xiàn)對中定位調(diào)整,操作方便,減少輔助時間,效率明顯提升。強(qiáng)結(jié)構(gòu)減自重創(chuàng)新設(shè)計(jì),強(qiáng)度高、質(zhì)量輕,日常使用時無變形,定位精度可靠。

        激光定位十字線能夠準(zhǔn)確地對鎖頭、鎖座定位,實(shí)現(xiàn)非接觸式定位,工裝吊入、吊出時與工件不接觸,避免工件與工裝貼合造成定位塊變形影響精度,經(jīng)過驗(yàn)證定位精度可靠。

        防錯裝形式創(chuàng)新改善,降低員工作業(yè)操作技能要求,現(xiàn)場應(yīng)用直觀、易懂,有效避免了鎖閉裝置反裝錯裝,提升了組裝準(zhǔn)確性。

        5 結(jié)束語

        該工裝可適用于市場上大多數(shù)平車鎖閉裝置組裝,如X70、NX70及NX70A等車型,適用性廣。

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