液-氣儲能上心盤鉚釘機的研制

1、液-氣儲能上心盤鉚釘機的研制郭湘云 趙鳳海 劉淑秋（沈陽鐵路局蘇家屯車輛段和中國北車集團沈陽機車車輛有限責任公司 遼寧 沈陽 ）摘 要：介紹液-氣儲能上心盤鉚釘機研制依據、方案、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)原理及特點、技術參數、系統(tǒng)工作流程 、關鍵技術、效益關鍵詞：液-氣儲能 上心盤新式鉚釘機一、研制依據為了緩解運輸緊張局面，實現鐵路裝備現代化，鐵道部決定自2005年起加快既有鐵路貨車120km/h提速改造速度：用三年的時間，完成大部分既有國鐵和參加國鐵運營的企業(yè)自備鐵路貨車的改造。既有鐵路貨車120km/h提速改造工作在鐵道部指定的具備貨車廠修、段修資質的車輛工廠、車輛段進行，提速改造的車型為敞、平、棚、

2、罐和特種車等。無論哪一種車型，改造內容都有“配套更換鍛鋼上心盤、上旁承”（鐵運200512號關于加快既有鐵路貨車120km/h提速改造的通知）的內容。在中國北車集團齊車公司既有棚車換裝轉K2型轉向架改造技術條件（QCH119JXJT）和既有敞車換裝轉K2型轉向架改造技術條件（QCH136JXJT）中，都有“切除原上心盤的鉚釘， 在原鉚釘位置鉚裝圖號為QCP900-00-01A的上心盤”的技術要求。一輛提速改造車需拆裝、鉚接16枚鉚釘，使用既有設備拆裝、鉚接一個上心盤至少需要40分鐘，遠遠不能滿足提速改造生產任務完成的需要。上心盤的拆裝、鉚接速度成為既有鐵路貨車120km/h提速改造進度的瓶頸，

3、因此，研制高效率的上心盤鉚釘機成為車輛部門亟待解決的問題。二、研制方案簡介我們調研了國內許多貨車生產、檢修單位的上心盤拆裝、鉚接的方式。目前，鐵路貨車的上心盤拆除、鉚接普遍采用氣錘沖擊法，該方法存在勞動強度大、效率低、噪音高等缺點。也有廠家采用液壓方法利用恒定壓力鉚接上心盤，此類設備普遍存在體積大、自重大、不易搬運的問題，現場職工寧愿采用氣錘沖擊，也不愿使用這種方式鉚接。鉚接時夾緊鉚釘主要采用兩種方式：一種是在鉚接過程中由操作者不斷推動自制的扳手，另一種是把鉚接時的反作用力作用在中梁上。利用人工推動扳手，很難保證鉚接質量。把力作用在中梁上，使中梁受力較大，對車體有損傷，危及行車安全。我們對各種

4、鉚接方式的效率、性能、人機工程等方面反復進行了論證，最后形成的設計方案為：在上心盤拆卸、鉚接時動力采用液-氣儲能沖擊方法；系統(tǒng)結構采用分體式，即泵站和拆除、鉚接工具利用一個擺動及升降機械臂相連，作業(yè)時，僅移動拆除、鉚接工具；鉚接時， 設計了導向筒定位系統(tǒng)，力的支撐點直接作用于地面和上心盤。在制造出液-氣儲能上心盤鉚釘機的首件后，我們到現場反復試驗，不斷對其改進優(yōu)化，此產品現在已定型，目前已用的用戶反映良好：不僅提高了工作效率，而且大大降低了噪音，改善了勞動環(huán)境。三、系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成框圖 YQ1型液一氣動能鉚釘機主要由6個系統(tǒng)組成，1液壓錘；2液壓站；3機械臂；4導向筒定位；5鉚釘頂緊裝置；6電

5、氣控制系統(tǒng)。四、系統(tǒng)原理及特點1、采用液-氣儲能沖擊方法。（外形見圖1，原理見圖1A）在圖中，高壓液壓油通過進油口及換向閥到活塞油室，液壓油推動活塞向右移動，壓縮高壓氮氣室氮氣，當氮氣室壓力達到液壓油通過回油口壓力釋放， 并流回油箱，同時活塞在高壓氮氣作用下向左高速移動， 壓氮氣作用下向左高速移動，并 圖1撞擊鉚頭，在鉚頭處形成很高的沖擊能量，撞擊結束后閥門換向，液壓油被重新注入，并重復上述過程。由于采用了此項技術，該液壓錘與20噸液壓缸相比，重量減輕了近70%，體積縮小了一倍以上。液-氣動能轉換原理(液壓錘結構如下圖 )圖 1A2、鉚釘頭頂緊及升降裝置采用2寸低壓油缸（見圖2、圖3 ），鉚頭

6、工作時由于作用在鉚釘上為沖擊力，對頂緊及升降油缸平均作用壓力減小，在設計頂緊油缸及升降油缸時可降低技術要求，對減輕重量及體積非常有利。 圖 2 圖 3 3、鉚頭采用導向筒定位（見圖4）。能有效限制鉚頭的水平位移，提高鉚接質量。4、液壓站與鉚頭采用分體式設計。通過機械臂連接，機械臂可前后左右擺動，不用整體移動液壓站，定位時只需輕輕移動機械 臂即可到達工位。 圖 45、液壓站冷卻系統(tǒng)采用強迫風冷方式（見圖5 ）。液壓油箱體積與自然冷卻系統(tǒng)相比減少了70% ，液壓站的重量只有自然冷卻系統(tǒng)的50% 。 圖 5五、主要技術參數 鉚接、拆除沖擊力：110J 機械臂垂直行程：150mm泵站額定電壓：380V

7、 功率：4KW使用溫度：0-40°C 機械臂長度：1000mm系統(tǒng)壓力：11Mpa 流量：21L外形尺寸：890mm×690mm×860mm 重量：200kg六、系統(tǒng)工作流程1、 系統(tǒng)流程圖2、系統(tǒng)工作流程接通電源、液壓泵開始工作、油液共分三個支路。支路通過雙向電磁閥、逆止閥，減壓閥到升降油缸，通過雙向電磁閥控制使升降油缸動作推入導向筒定位，在鉚接過程中同時油缸上升；支路同上，通過雙向電磁閥控制伸縮油缸工作，使油缸頂住鉚釘機帽或移出工位，支路通過單向電磁閥控制液壓錘供油，控制鉚接過程。鉚接時，將機械臂移到待鉚鉚釘孔下，按動“升”開關，支路電磁閥通電，升降油缸上升，

8、鉚頭推入導向筒；按動“伸”開關支路電磁閥通電，油缸伸長，并頂到加熱后的鉚釘頭部；按動“鉚”開關支路電磁閥打開液壓錘工作，鉚接開始；在鉚接過程中，支路同時工作，使升降缸不斷上升，與支路同步，鉚接到位后松開“鉚”開關，支路停止供油，按“縮”開關，支路換向，油缸縮短，移走支撐油缸，按動，“降”開關，支路換向，液壓錘下降，鉚接過程引結束。七、關鍵技術貨車上心盤拆卸、鉚接動力常采用液壓法或氣液增力缸法。液壓法因液壓站體積龐大而笨重。鉚接頭定位移動困難，鉚接支撐點在中梁上，從而導致系統(tǒng)工作效率低下，加重勞動強度，降低工作效率。氣液增力缸方法節(jié)省了液壓站但增力缸體積大，氣液轉換速度慢，支撐方法與液壓法相同，

9、同上存在上述問題。1 本系統(tǒng)采用液-氣儲能沖擊方法，將高壓液壓油壓縮至氮氣室儲能裝置，儲存在高壓氮氣室的能量通過高速閥門釋放，形成該能量的轉換，在鉚頭形成很高的沖擊能量。該方法體積小，重量輕，大大地提高了系統(tǒng)工作效率，減小勞動強度。2 分體式系統(tǒng)結構。即泵站與拆除、鉚接工具利用擺動及升降機械臂相連，減輕了工作者的勞動強度。3 導向筒定位系統(tǒng)，保證了鉚接質量。在鉚頭對正過程中，為了防止鉚接振動時造成鉚頭與鉚釘軸線的移位，在鉚頭上升過程中加入了導向筒，使鉚頭與上芯盤相對固定。減少因鉚頭移動而造成鉚接質量下降的問題。4 液壓站采用強迫風冷散熱系統(tǒng)，減少了液壓油用量，使液壓站的體積及重量只有常規(guī)自然冷卻系統(tǒng)的一半。八、 效益分析1、液-氣儲能上心盤鉚釘機自2005年6月份使用以來，隨著結構、功能的不斷優(yōu)化，已越來越得到用戶的認可。生產效