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  • 金屬加工技術

    鐵路平車鎖閉裝置激光定位裝置的設計與研制

    轉載 :  zaoche168.com   2022年09月20日

             主要介紹了X70型集裝箱專用平車的鎖閉裝置激光創新鎖頭定位方式及主要結構特點,提升鎖閉裝置組裝質量,并對應用效果進行分析。

    1  序言
             激光定位器具有高抗干擾性、高穩定性、高可靠性,可產生不同光束發散度的一字線及十字線等,廣泛應用于各種工業標識器、工業用激光模組及對制造零部件、裝配設備的定位?! ?BR>         X70型集裝箱專用平車是無地板、端門組成的框架式平車,用于裝運兩個20ft(1ft=0.305m)集裝箱或一個40ft集裝箱,主要由底架組成、鎖閉裝置、制動裝置、車鉤緩沖裝置及轉向架等部分組成,底架為全焊鋼結構,主要材質為Q450NQR1高強度耐候鋼,裝用固定式鎖閉裝置(端部)、推拉翻轉式集裝箱鎖閉裝置(中部)。
             根據鐵路貨車產品生產質量認證細則(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、運行時集裝箱脫落等,因此鎖閉裝置組裝質量尤為關鍵,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  鎖閉裝置的結構分析
             X70型平車鎖閉裝置主要由4個推拉翻轉式鎖頭和4個固定式鎖頭構成,安裝在車體上,與集裝箱角件配合,保障在運輸過程中集裝箱與運輸載體間不發生位置的相對移動或脫離。其中單、雙鎖座縱向中心距離(5853±6)mm,單鎖座縱向中心距(11985±6)mm,單、雙鎖座橫向中心距圖片mm,單鎖座與雙鎖座對角線差≤13mm,兩單鎖座對角線差≤16mm尺寸是鎖閉裝置組裝的關鍵尺寸,是決定集裝箱能否順利裝載及運行是否安全穩定的保障。
             鎖閉裝置的各項尺寸均以鷹頭結構鎖頭上鷹眼為基準,如何精準定位鷹眼位置十分關鍵,傳統鎖閉裝置定位工裝將定位尺寸轉化至鎖頭的內側平面及側面的不規則點或者鎖座的邊緣,由于鑄造原因每個鎖頭不同程度上存在差異,尺寸轉化過程中存在偏差的風險,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行定位組裝,定位點與集裝箱裝載使用點保持一致[1],組裝尺寸更加準確,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  工裝設計方案

    3.1激光定位器應用介紹
             激光定位器集合了激光的抗干擾性、高穩定性,激光定位器產生的紅綠光線清晰明亮,效果直觀實用體積小巧,特別適用于大型設備的安裝、定位,可大幅提高工作效率,且工業適用性強。

    3.2工裝創新設計
    1)強結構減自重創新設計。為減少因為工裝自身變形影響定位精度,秉著使用時能夠快捷、方便地調整的原則,我們考慮具有強度高、質量輕特點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構,鎖閉裝置組裝以車體中心為基準定位點組裝4個推拉翻轉式鎖頭,再以推拉翻轉式鎖頭定位端部固定鎖頭,因此將推拉翻轉式鎖頭定位做成一個整體(采用鋼結構)作為基準。
             整體結構(見圖1)采用三段設計方案,中部作為定位基準采用普通鋼結構,中部結構小巧、整體結構強度高,作為定位基準牢固可靠,中部下側向外延伸支撐板,支撐兩翼,增加穩定性,兩翼采用鋁合金框架焊接結構,兩翼與中部連接處內外兩側增加加強板,進一步提升強度,中部與兩翼采用高強度螺栓聯接,在無生產時方便拆卸,易于存放,減少場地占用。該結構整體質量主要集中在中部,同時吊運裝置設計在中部,保證在日常使用中吊運平穩、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,進而影響組裝質量。


    圖1 集裝箱鎖閉裝置組對工裝結構
    1—側面自動對中調整裝置 2—中部對中調整裝置 3—球形調整支撐輪
    4—激光定位探頭 5—中部鋼結構框架 6—兩翼鋁合金框架

    2)無障礙激光定位創新設計。打破傳統剛性定位方式,創新設計激光非接觸定位[2],在8個鎖頭的上方采用360°可調整的激光探頭,投射出十字激光定位線,十字交點即為鎖頭鷹嘴定位(見圖2),線條即為鎖座的橫向、縱向中心定位線,用來調整鎖座是否擺正,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(傳統工裝與工件貼嚴,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及鎖座中心分別與激光十字線對齊即可,操作簡單方便,質量可靠,同一側鎖座的直線度得到保證。


    圖2 激光定位組裝效果

    3)全方位高精細位置調整。在枕梁上蓋板及中橫梁上蓋板處設有6個球形滑輪,球形滑輪內部裝有支撐彈簧,支撐工裝保持穩定,在工裝與車體對中調整時,可實現平面360°旋轉調整,由于球形滑輪與車體屬于點接觸,整體摩擦力較小,調整操作方便,用力小。
    4)自動對中調整裝置(見圖3)。為更加快捷的使工裝與車體橫向、縱向中心對齊,沿著車體縱向分別在車體中心及枕梁處設置三組對中調整設施,采用螺旋絲杠配合手輪設計[3],轉動手輪兩側滑塊同時自動向中部移動,可快速實現工裝與車體橫向自動對中,調整方便,操作簡單。


    圖3 自動對中調整裝置

             中部鋼結構部分下部采用自動夾緊裝置對中央大橫梁中橫梁上蓋板進行夾緊定位,快速實現以車體中心縱向定位,保障工裝定位準確,進一步提升組裝質量。
    5)激光防撞保護設計。為保證在使用過程中激光探頭不磕碰,保護電子元器件,在激光探頭下部設計防護板,上部設計防護罩,激光探頭通過防護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)防錯裝應用設計。鎖閉裝置組成1、2位和5、6位鎖頭鷹嘴朝向車體一位側,2、3位和7、8位鎖頭鷹嘴朝向車體二位側,為避免鎖頭方向翻轉,影響集裝箱裝載及運行安全,考慮增加防錯裝功能,設計在1、2位和5、6位鎖頭使用綠顏色激光定位,在2、3位和7、8位鎖頭使用紅顏色激光定位,并且在鷹嘴朝向的激光線帶有箭頭指向,在工裝的外側表面上粘貼鎖頭鷹嘴朝向的三維示意圖,實現在鎖閉裝置組裝時防錯功能。

    4  工裝應用效果
             經過對100輛車的組裝尺寸進行檢測校核統計,各項尺寸數據均符合圖樣要求,該工裝組裝定位尺寸穩定可靠,滿足X70型平車必備裝備的生產條件。
             該工裝在X70型集裝箱專用平車批量生產中得到很好的應用,自動對中裝置配合球形支撐輪結構可快速實現對中定位調整,操作方便,減少輔助時間,效率明顯提升。強結構減自重創新設計,強度高、質量輕,日常使用時,無變形,定位精度可靠。
             激光定位十字線能夠準確的對鎖頭、鎖座定位,實現非接觸式定位,工裝吊入吊出時與工件不接觸,減少工件與工裝貼合造成定位塊變形影響精度,經過驗證定位精度可靠。
             防錯裝形式創新改善,降低員工作業操作技能要求,現場應用直觀、易懂,有效避免了鎖閉裝置反裝錯裝,提升了組裝準確性。

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

    參考文獻:
    [1] 陳國強,李輝,余寧. 激光投影技術在裝配連接中的應用[J]. 航空制造技術,2015(S2):20-22.
    [2] 李名望. 機床夾具設計實例教程[M]. 北京:化學工業出版社,2009.
    [3] 李定坤,葉聲華,任永杰,等. 機器人定位精度標定技術的研究[J]. 計量學報,2017(3):224-227.

             本文發表于《金屬加工(冷加工)》2022年第9期第54~56頁,作者:中車石家莊車輛有限公司 高頌慶,馬龍飛,原標題:《鐵路平車鎖閉裝置激光定位裝置的設計與研制》。

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