气动平衡技术在电动拧紧轴上的应用

摘要：文章以气动平衡技术在履带拧紧机工装应用为实例，解决了原来传统的控制气路造成的冲击对电动拧紧轴使用寿命的影响，该平衡技术对于制造企业的装配生产过程中气动设备的使用有一定的参考意义。

关键词：气动平衡；履带拧紧机；拧紧轴

中图分类号：TH131 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0057-02

在履带的生产装配过程中，履带与链条的连接螺母扭矩值要求一定的范围，必须使用电动拧紧轴才可以达到工艺要求，螺母的拧紧是先由装配人员用气动扳手进行预紧，然后再用电动拧紧轴按设定的拧紧程序拧紧至工艺要求的扭矩范围。通常M16～M24的螺母拧紧扭矩值范围大约在600～2200Nm，单个履带板有四组螺栓螺母与链条连接，并且四组螺栓不呈梯形分布，这就需要电主轴在X、Y、Z三个方向都可移动。电动拧紧轴通常安装在一个可移动的工装上，整个工装部分可以沿履带辊道线方向（Y向）移动，此方向的移动是需要操作人员旋转手轮来完成的，电主轴部分的水平移动（X向）是以减速电机为动力，滚珠丝杠传递动力带动电主轴水平运动，竖直方向是由一个全程自锁气缸带动电主轴及水平移动部分升降，工装对于水平移动和竖直方向的控制是用一个五按钮的集成式操作手柄来实现的，四个按钮控制方向，第五个按钮是用来启动拧紧轴工作。

1 现有问题

在卡特彼勒天津工厂履带拧紧工序是每日两班工作制，生产节拍需要拧紧机每天工作两万多个工作循环，也就是每天电主轴下降-拧紧-上升的节奏两万多次，对电主轴的可靠性要求极高。电主轴目前没有国产品牌，较好性能的电主轴都是些以瑞典的ATLAS、美国COOPER和INGERSOLLAND为代表的欧美品牌，日本及韩国生产的以低扭矩较多。

电动拧紧轴的升降动作是由气缸驱动、操作人员按升降按钮来实现的，气缸采用的是全程自锁气缸，是为了防止控制系统出现故障时，电主轴部分不会突然下落而产生意外。

传统的气路控制如图2所示，虽然可以完成升降的基本功能，但是下降过程中气缸压力再加上电主轴水平移动部分的重量300多公斤，电主轴前端套筒与螺母接触时产生巨大的冲击力，对电主轴前端减速器部分寿命影响极大，在卡特彼勒天津工厂几乎1～2个月就需要维修电主轴，更换被损坏的减速器部件，给厂家生产造成很大的不便，并带来昂贵的维护费用。

气路原理：操作者按下降按钮后，电磁阀2动作，给自锁气缸7锁紧装置通气，打开气缸锁，同时电磁阀3动作，向气缸活塞端通气，气缸杆推出，带动电主轴部分下降。

操作者按松开按钮后，电磁阀2反向动作，切断自锁气缸锁紧装置气源，气缸锁死。同时电磁阀3回到中位，封住气缸进出口气源。

操作者按上升按钮后，电磁阀2动作，给自锁气缸7锁紧装置通气，打开气缸锁，同时电磁阀3动作，向气缸杆端通气，气缸杆收回，带动电主轴部分上升。

除了下降时巨大的冲击对电主轴的不利影响外，此气路还有另外一个不可忽视的问题，当车间生产停顿时间较长后，气缸内的气体压力由于气路不可避免的泄露会降低，但是由于自锁气缸的锁紧装置锁住了气缸杆，气缸杆不会由于负载带动向下伸出，当操作人员下次开启设备，按下上升按钮后，由于气缸活塞杆端腔体压力很低，气源通过电磁阀3、节流阀4是有较大的阻力，流速较慢，不能迅速给杆端腔体充气达到上升压力，而此时气缸锁紧装置已经打开，负载（电主轴及水平移动部分的重量）产生的拉力会使气缸杆拉出，电主轴以及水平移动部分迅速下坠，几秒钟后气缸下腔压力升上来之后，气缸杆又会向上收回，也就是说操作者按下了上升按钮后，设备电主轴部分反应是快速下降，再上升，再震荡数秒后才能达到稳定状态，这样出人意料的反应极易造成意外的设备损坏甚至是人身伤害。

2 解决方案

针对此问题，我们将气动平衡技术引入该设备，应用该技术，完全解决了电主轴下降时的冲击和再次重启后的快速下坠的问题，充分保护这些价格不菲的进口的电

主轴。

平衡气路只需要在气缸一端通气，通过调节进气压力使气缸产生的提升力等于或接近负载重量，或者说用气缸力“抵消”了大部分负载重量，操作者使用很小的外力就可以使负载上升或者下降。

在本例中即是用平衡气路的原理，气缸力平衡掉了负载重量，电主轴拧紧套筒与螺母接触时，只是有改变负载部分升降状态的几公斤的外力施加到电主轴拧紧套筒与螺母之间，让套筒进入螺母头部，对电主轴几乎没有任何

冲击。

经减压阀2的气路是为气缸活塞杆端保持一定的气压，气缸杆端腔体在气缸不动作时与气源连接，防止设备长时间停止使用后再开启时活塞杆端腔体内无压力，负载会带动气缸杆向下急坠而造成意外。单向阀8的作用是阻止上升下降时气缸充气侧腔内的压力沿此路在两位三通阀6的排气口被卸掉。

3 应用效果

我公司为卡特彼勒徐州工厂提供的拧紧设备工装在使用了平衡气路以后，有效地消除了电主轴部分下落时的冲击，同时由于对工装本身的反作用力减小，从而使得工装的结构件的刚性要求降低，我们对工装的结构件进行了重新的优化设计，整个工装的自身重量比原设备减小了20%多，同时使得工装在辊道线体上行走所需的推力下降了20%，减轻了工人的劳动强度。采用新气路的工装使用一年以来，再也没有发生过减速器损坏的问题，该技术应用得到了电主轴供应商ATLAS的认可，同时设备也得到最终使用客户的好评。

4 结语

气动平衡技术可以应用在机械设计的各个方面，在汽车生产的焊装和总装线的装配过程应用非常广泛，多用于零部件安装搬运助力机械手、轮胎装配工装及反扭力辅助臂等，但在其他行业却应用较少。本文通过一个简单的应用实例，介绍了平衡气路的一种方式，该平衡技术可以推广应用于多种负载气动平衡，也可替代弹簧平衡器、气动平衡器、气动葫芦等成型产品，合理的使用能够为生产企业降低生产成本和提高设备利用率。

参考文献

[1] 路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

作者简介：王红安（1975—），男，陕西宝鸡人，青岛兴仪电子设备有限责任公司助工，硕士，研究方向：化工机械与设备。