李海東

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261041)

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基于自動化裝配的缸蓋氣門導管壓裝機設(shè)計

李海東

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261041)

針對氣門導管手動壓裝方式，存在操作者勞動強度大、安全隱患多，壓裝質(zhì)量和效率受人為因素影響大，質(zhì)量保證能力有限，無法滿足大批量生產(chǎn)任務(wù)需求的問題，介紹了一種進、排氣門導管實現(xiàn)自動壓裝的設(shè)計方案。方案占地空間小，滿足原有生產(chǎn)線工藝布局，實現(xiàn)生產(chǎn)線的省人化、自動化。該方案技術(shù)含量高、實現(xiàn)效果好，標志著氣缸蓋生產(chǎn)線裝備技術(shù)研究與工藝優(yōu)化改進的新突破。經(jīng)使用證明，滿足柴油機的性能要求，并取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

氣缸蓋；氣門導管；自動壓裝

在柴油機氣缸蓋加工過程中，進排氣座圈、導管的壓裝是生產(chǎn)線關(guān)鍵工序之一，壓裝質(zhì)量直接影響整機動力性能。因此，如何選用壓裝工藝和壓裝設(shè)備是缸蓋生產(chǎn)線建設(shè)中不可忽視的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。

1　設(shè)計背景及意義

1.1設(shè)計背景

WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線設(shè)計為操作者手動完成導管的常溫壓裝，即操作者手動操作一臺單頭壓力機，通過液壓油缸驅(qū)動專用工裝完成氣缸蓋氣門導管的常溫壓裝。壓裝步驟為：操作者手持尼龍錘批量完成進、排氣門導管的手動預裝入缸蓋導管底孔，然后由操作者將預壓入氣門導管的氣缸蓋逐一推入到壓裝位，手動操作壓力機驅(qū)動壓頭壓下，一次完成進、排氣門導管的壓裝，操作者判斷壓裝到位后，手動操作壓力機油缸升起回原位，推入下一預壓入氣門導管的氣缸蓋，將上一工作循環(huán)中壓裝完成的氣缸蓋頂出至下料位，如此循環(huán)完成氣缸蓋進、排氣門導管的壓裝。

該種氣門導管壓裝方法存在操作者勞動強度大、安全隱患多，壓裝質(zhì)量和效率受人為因素影響大，質(zhì)量保證能力有限，無法滿足大批量生產(chǎn)任務(wù)需求等問題。

1.2設(shè)計意義

2015年圍繞公司裝備管理工作“促進兩化融合，實現(xiàn)智能制造”的總體要求，項目組根據(jù)WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線現(xiàn)場工藝布局，設(shè)計并制造了一臺兩氣門缸蓋導管自動壓裝專機。專機主體為立式結(jié)構(gòu)，完成進、排氣門導管的壓裝只需要兩個壓裝工位，方案占地空間小，滿足WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線現(xiàn)場工藝布局。同時壓裝機自動完成氣缸蓋和氣門導管的自動輸送和選料，減少了輸送、篩選中的故障幾率，減少了維修時間和成本，綜合考量自動化程度和性價比等因素，該專機是當前WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線實現(xiàn)進、排氣門導管自動壓裝的最優(yōu)方案。

經(jīng)使用證明，該自動壓裝機滿足柴油機的性能要求，并取得了較好的經(jīng)濟效益，2015年5月，通過WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線工藝驗證，工作節(jié)拍<37 s，設(shè)備綜合可動率>99.54%。

2　設(shè)計方案

2.1機械部分

該氣缸蓋導管自動壓裝機采用中通立式結(jié)構(gòu)，主要由床身部分、上下料機動輥道及擋隔料裝置、兩個固定壓裝位、升降自由輥道、步伐輸送裝置、導管自動上料裝置、導管自動壓裝裝置、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。壓裝機設(shè)計總圖見圖1。

2.2液壓控制

鑒于壓裝類設(shè)備普遍存在漏油隱患，該自動壓裝機在設(shè)計上盡量避免或減少液壓系統(tǒng)的使用，從根本上解決設(shè)備漏露油這一難題，整機只有進、排氣門導管的壓裝采用液壓油缸驅(qū)動。

液壓系統(tǒng)詳細設(shè)計要求如下：

(1)參考手動壓裝導管時所用壓力機的液壓參數(shù)，設(shè)計制作一套專用于兩油缸壓裝的液壓驅(qū)動系統(tǒng)。

(2)根據(jù)工況要求(單支導管壓裝力≥20 kN、節(jié)拍40 s/件)進行液壓元件選型，其中壓裝油缸選型為：MOBR80X350FA，系統(tǒng)工作壓力4 MPa，液壓泵額定流量36 L/min。

(3)為避免壓裝到位后對工件表面造成壓傷，在壓裝油缸液壓控制環(huán)節(jié)增加液控單向閥，在壓裝到位后，通過壓裝油腔內(nèi)的陡升壓力開啟該液控單向閥，對過載額壓力進行卸荷。

2.3氣動控制

該自動壓裝機的上料位擋隔料裝置、升降自由輥道、步伐輸送裝置、導管自動取送料裝置等環(huán)節(jié)均采用氣動驅(qū)動，在設(shè)計上避免或減少液壓驅(qū)動，從根本上解決設(shè)備泄漏油這一頑疾。

氣動控制還具有以下優(yōu)點：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護簡便。

(2)對沖擊負載和過負載有較強的適應(yīng)能力，可實現(xiàn)緩沖。

(3)氣動電器元件的有效動作次數(shù)約為百萬次，可靠性高，使用壽命長等一系列優(yōu)點。

氣動系統(tǒng)功能原理如圖2所示。

2.4電氣控制

電氣控制系統(tǒng)采用S7-300PLC CPU315-2DP作為主要控制元件，按鈕站由一個西門子MP277-10英寸薄膜按鍵式人機界面和少量按扭組成。通過西門子編程軟件進行硬件組態(tài)，并在按鈕站內(nèi)設(shè)一個DP分站，最終實現(xiàn)了PLC與人機界面及分站之間PROFIBUS DP通訊。

人機界面的設(shè)計：按照人機工程學，機床工作狀態(tài)、故障診斷等環(huán)節(jié)均在控制屏上可視化，并最終實現(xiàn)了機床工作狀態(tài)即時的動態(tài)顯示，增強人機交互性。圖3 人機界面。

程序設(shè)計方面：根據(jù)機床動作的邏輯順序，采用西門子S7-GRAPH編程語言及程序步自帶的互鎖跳轉(zhuǎn)功能，實現(xiàn)機床動作流程的設(shè)計，控制程序更加合理有序，方便動作調(diào)試及故障診斷和維修。

運用一系列防錯設(shè)計，包括：缸蓋姿態(tài)、有無料檢測、料滿停止，導管有無料檢測，漏壓裝檢測，機床狀態(tài)、工作過程、故障診斷等環(huán)節(jié)，均實現(xiàn)在人機界面上的故障自診斷及動作超時報警，防錯技術(shù)的設(shè)計應(yīng)用，有效提高設(shè)備操作的可靠性和工作的穩(wěn)定性。

3　工作原理及性能分析

3.1工作原理

氣缸蓋通過機動輸送輥道完成自動上、下料，上料輥道設(shè)置相應(yīng)擋隔料裝置對氣缸蓋進行分料，由步伐輸送裝置逐一將氣缸蓋從上料位準確輸送到兩個固定壓裝工位和下料位，壓裝過程氣缸蓋采用升降自由輥道落下配合“一面兩銷”定位的方式，通過升降氣缸驅(qū)動自由輥道落下，對氣缸蓋燃燒室面兩主副定位銷進行插銷定位，將氣缸蓋精確定位在固定壓裝位上，保證了壓裝過程中壓頭與氣缸蓋的位置度、垂直度要求。圖4為缸蓋步伐輸送及定位壓裝結(jié)構(gòu)圖。接料裝置接完導管后，把導管自動送入壓頭銜料，通過液壓缸驅(qū)動壓頭，完成進、排氣門導管壓裝。

導管壓裝深度通過壓頭壓靠在彈簧座圈面進行限位控制；導管的銜料機構(gòu)為自主開發(fā)的Y型橡膠圈夾持結(jié)構(gòu)，避免對導管內(nèi)外表面的磕碰傷。圖5為壓頭結(jié)構(gòu)示意圖。

進、排氣導管共用1個自動料倉，操作工先將導管放置在上料料斗里，采用電脈沖震動雙通道送料，主要由送料組件、雙料道、取料組件、固定架、檢測裝置、上料組件等組成。圖6為導管取送料裝置總裝圖。

3.2性能分析

該氣缸蓋導管自動壓裝機采用先進的設(shè)計理念，模塊化設(shè)計，充分考慮人機工程學，采用一系列防錯設(shè)計，包括：缸蓋姿態(tài)、有無料檢測、料滿停止，導管有無料檢測，漏壓裝檢測，機床狀態(tài)、工作過程、故障診斷等環(huán)節(jié)均在控制屏上實現(xiàn)可視化，設(shè)備所有機械動作均實現(xiàn)電氣互鎖，缸蓋輸送、導管取送料及壓裝過程均為全自動循環(huán)方式，設(shè)有三色燈和防護網(wǎng)等安全防護措施，有效防止操作人員和設(shè)備受到傷害和損壞。設(shè)備主要元器件采用國際知名公司的產(chǎn)品，保證設(shè)備具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。

經(jīng)使用驗證，該自動壓裝機滿足柴油機的性能要求，并取得了較好的經(jīng)濟效益，2015年5月，通過WP10兩氣門氣缸蓋生產(chǎn)線工藝驗證，實際工作節(jié)拍<37 s，設(shè)備綜合可動率>99.54%。

4　結(jié)語

該項目技術(shù)含量高、實現(xiàn)效果好，實現(xiàn)了裝備技術(shù)研究與工藝優(yōu)化改進的新突破，大幅降低了人為因素造成的安全、質(zhì)量隱患，生產(chǎn)線實現(xiàn)省人化、自動化，在保證產(chǎn)品品質(zhì)一致性、產(chǎn)品質(zhì)量等方面顯著提高，提高了生產(chǎn)效率和過程保障能力，提升產(chǎn)業(yè)競爭力、產(chǎn)品競爭力。

該氣缸蓋導管自動壓裝機自制成本40萬元，較東風汽車公司設(shè)備制造廠2014年報價94萬元，節(jié)約新設(shè)備采購成本54萬。避免磕碰返工，根據(jù)統(tǒng)計年節(jié)約返工費支出3.6萬元。可減少該工序操作者兩名，年節(jié)約工資性支出12萬元。

2015年9月，在該項目的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計制作完成一臺WP9聯(lián)體缸蓋導管半自動壓裝機，目前已完成現(xiàn)場調(diào)試，將于10月份投產(chǎn)。

2015年9月，與大連智云自動化裝備股份有限公司合作，開發(fā)WP9聯(lián)體缸蓋導管、閥座全自動壓裝機，目前已通過設(shè)計方案、圖紙會簽。

[1] 霍玉芳, 趙天明, 郭玉坤. 壓力、位移監(jiān)測系統(tǒng)在缸蓋導管閥座壓裝中的應(yīng)用研究[J]. 汽車實用技術(shù)，2011(5): 73-75.

[2]於雙月, 池文慧, 區(qū)云鋒. 缸蓋氣門導管與座圈壓裝質(zhì)量控制[J].裝備制造技術(shù)，2015(2): 166-167.

[3]大連組合機床研究所. 組合機床設(shè)計：第一冊 機械部分[M] .北京: 機械工業(yè)出版社，1975.

[4] 殷世福,陳國友. 發(fā)動機缸蓋氣門座圈壓裝工藝[J].金屬加工：冷加工，2012(22): 35-37.

(編輯孫德茂)

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Design of cylinder head valve guide press-fitting machine based on automated assembly

LI Haidong

(Weichai Power Co., Ltd., Weifang 261041, CHN)

For press-fit the valve guide manual mode, there is a labor-intensive operator, security risks, press-fit quality and efficiency by human factors impact, limited quality assurance capabilities, the problem of mass production can not meet the needs of the mission. This article describes an intake and exhaust valve catheter achieve automatic press-fit design, small footprint program to meet the original production line process layout, production line with less labor and automation.The program technology content, good to achieve results, marking the cylinder head production line equipment and technology research and process optimization improvements breakthroughs, through the use to prove to meet the performance requirements of the diesel engine, and achieve good social and economic benefits.

cylinder head; valve guide; automatic press-fitting

TH122

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.003

李海東，男，1983年生，學士，高級工程師，研究方向組合機床、自動線及數(shù)控機床的設(shè)計、維修及調(diào)試。

2016-01-26)

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