Технологические основы автоматизации сборки и силовых испытаний поглащающих аппаратов для железнодорожного транспорта

Береснев Ю.Л., Щетинин В.Г.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СБОРКИ И СИЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОГЛАЩАЮЩИХ АППАРАТОВ

ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Рассматривается подход к автоматизации производственного процесса общей сборки и силовых статических испытаний энергопоглащающих аппаратов с эластомерным наполнителем.

Объектом автоматизации является технологический процесс общей сборки и силовых испытаний энергопоглащающих аппаратов (ЭПА) для железнодорожного транспорта, которые, в свою очередь, предназначены

для демпфирования статических и динамических взаимодействий между элементами подвижного состава, как при его комплектовании, так и при выполнении рейсовых перевозок.

К ЭПА и его составным частям предъявляются высокие эксплуатационные требования, определяющие

надежность работы подвижного состава, заданную его долговечность, комфортность железнодорожных грузовых и пассажирских перевозок, уровень вибраций, сохранность и долговечность рельсовых путей и т.д.

На предпроектном этапе проведен технологический аудит действующего процесса сборки и снаряжения изделия, результаты которого представлены ниже.

Краткая характеристика действующего процесса:

при годовой программе выпуска изделий 3000 штук, темп - 12 изделий в смену (односменная работа); состав комплектующих материалов: корпус (масса более 100 кг);

шток с двухступенчатым поршнем (масса 15 кг); донце (масса 3 кг); гайка (масса 1 кг);

эластомер АДК или АСК (объем 4 куб. дм); клей ВК-3 для нанесения на резьбу.

Последовательность и основные параметры операций:

подача комплектующих материалов на участок; заполнение второй внутренней камеры эластомером при нормальном давлении;

нанесение клея на резьбу гайки и заворачивание гайки в корпус с моментом 150...600 Нм; установка технологического имитатора штока в корпус и заполнение первой камеры эластомером при нормальном давлении;

замена технологического имитатора на штатный шток с двухступенчатым поршнем; установка донца и заворачивание его с моментом 250 Нм;

дозарядка внутренней камеры эластомером через полость штока до давления 45 МПа; дозарядка внешней камеры эластомером до давления 55 МПа; выдача изделия на испытание.

Все операции производятся вручную без использования специализированного инструмента и оснастки. В цехе имеется верхний транспорт. Давление, необходимое для зарядки обепечивается за счет силового цилиндра с помощью серийного пресса.

Занимаемая производственная площадь, количество потребляемой энергии и численность рабочих не учитывались.

Анализ исходных данных позволяет внести следующие предложения по оптимизации процесса сборки, снаряжения и испытания изделия.

Существующий технологический процесс полностью не механизирован, отличается низкой производительностью и тяжелыми условиями труда. В этой ситуации целесообразно внедрение приспособлений и оборудования для поэтапной механизации технологических операций и межоперационного транспорта с расшивкой «узких» мест, с перспективой автоматизиции и с учетом возможного расширения номенклатуры собираемых изделий.

В настоящее время отсутствует ряд характеристик эластомера. После закладки эластомера в каждую камеру выполняется длительная (до нескольких часов) выдержка, степень заполнения рабочих камер непостоянна и относительно невысока. Это приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик, повышению вероятности брака. Отсутствие исходных данных не позволяет окончательно сформулировать техническое задание на аппараты заправки и дозарядки. Предлагается внедрение аппаратов для заполнения камер и дозарядки и одновременного исследования временных и других характеристик эластомера с целью оптимизации процесса, улучшения условий труда. При этом будет обеспечиваться максимальное заполнение объемов камер и полости штока при нормальном давлении и дозаправка с помощью плунжерного насоса. Это позволит так же вывести из технологии серийный пресс.

В качестве перспективных предлагается два варианта схем частичной и комплексной автоматизации сборки и снаряжения агрегатов типа ЭПА:

линия ручной сборки и снаряжения агрегатов; линия автоматизированной сборки и снаряжения.

Поскольку разработка конструкторской документации на всю линию в целом требует значительных временных затрат и для нее отсутствует ряд исходных данных, целесообразно начать работы с проектирования, изготовления и внедрения отдельных устройств: устройств для заполнения камер эластомером;

зарядного устройства для доведения давления до рабочего значения; устройств для заворачивания донца и гайки; устройств межоперационного транспорта.

При этом планируется одновременное проведение экспериментов по определению и уточнению ряда важных технологических и эксплуатационных характеристик, определение стоимости проектирования и изготовления, что позволит, в дальнейшем, сформулировать исходные данные для других механизмов. Снижается коммерческий риск и сокращается срок окупаемости.

Проектирование поточных вариантов линии целесообразно предусмотреть после уточнения характеристик отдельных технологических операций и корректировки плана выпуска.

Испытания собранного изделия в настоящее время проводятся с использованием стандартного прессового оборудования, что не позволяет обеспечить выполнение ряда требований, в частности, связанных с увеличением программы выпуска.

Предлагается проектирование и изготовление специализированной установки и оснастки, применение которых позволит выполнить все требования по производительности, условиям труда и т.д.

Сложность автоматизации данного процесса заключается в интеграции разнородных операций, таких как собственно сборка, заправка технологическими жидкостями и, особенно, испытания. Комплексное решение задач обеспечения высоких качественных показателей позволит значительно улучшить потребительские свойства продукции, повысить производительность и, в ряде случаев, достичь принципиально новых результатов.

При проектировании автоматизированной линии сборки поглащающих агрегатов с эластомерным наполнением для железнодорожного транспорта определены первоочередные задачи:

разработка конструкции универсального технологического модуля-стенда, обеспечивающео транспортирование аппарата в процессе сборки и фиксацию на отдельных сборочных постах, а так же, служащего для хранения отстоя и выдержки;

разработка конструкции специализированных сборочных приспособлений и механизмов;

разработка аппаратуры для заполнения камер аппарата эластомером с конечным давлением до 55 МПа; разработка испытательного устройства, обеспечивающего реализацию требуемого время-силового закона нагружения аппарата.

Эти и другие возникающие при проектировании задачи должны быть решены при условии минимизации занимаемой площади, а так же обеспечении условий оперативной модификации последовательности сборочных операций.

М=250нм

ШШІ

тш

шЪ

5

А

7

6

Рис. 1.

Рис.1. Схема автоматизированной общей сборки.

Для автоматизированной общей сборки принята следующая схема (рис.1), где соответственно обозначению : 1 - установка корпуса на загрузочное устройство (траверса); 2 - загрузка (точное позициони-

рование корпуса); 3 - снаряжение второй камеры эластомером (объемный дозатор и бункер с эластомером); 4 - введение снаряженного эластомером штока в корпус (автооператор); 5 - заворачивание донышка (гайковерт); 6 - зарядка второй камеры рабочим давлением (зарядное устройство); 7 - зарядка

первой камеры рабочим давлением (зарядное устройство).

і

И

“1

м

1

- и э -

•у

3

3

3

1. 2. 3. 4.

Рис.2. Схема снаряжения штока.

Схема снаряжения штока показана на рис. 2, где соответственно обозначению: 1 - установка штока с навернутым хвостовиком; 2 - снаряжение полости штока эластомером; 3 - заворачивание хвостовика и надевание донышка на шток; 4 - снаряжение штока эластомером, его формовка.

Принципиальная технологическая компоновка автоматизированной линии сборки имеет вид, показанный на рис.3, где соответственно обозначению: 1 - накопитель-загрузчик корпусов; 2 - конвейер сборки и

оснащения; 3 - механизм разгрузки; 4 - накопитель - конвейер штоков; 5 - конвейер форм; 6 - бункер; 7 - вертикальный магазин гаек (с верхней подачей гайки); 8 - устройство для нанесения клея на резьбу гайки; 9 - вертикальный магазин донышек (с выдачей нижнего донышка); 10 - устройство для заворачивания хвостовиков); 11 - бункер со шприцом для снаряжения полости штока эластомером; 12 -бункер с объемным дозатором; 13 - автооператор-дозатор для оснащения эластомером второй камеры; 14 - автооператор с захватом-гайковертом; 15 - автооператор для оснащения штока эластомером и установка его в корпус; 16 - устройство для заворачивания донышка; 17 - устройство для зарядки рабочим давлением второй камеры; 18 - устройство для зарядки рабочим давлением первой камеры.

2

Р=55Мпа

т г т т г

Шток О иЦ о кг донышко хвостовик эластомер

Рис.3. Принципиальная технологическая компоновка автоматизированной линии сборки.

В составе линии предложен оригинальный шаговый питатель с подвесным транспортером, обеспечивающий синхронизацию работы всех сборочных постов.

Операции, требующие значительного времени (выдержки после заполнения эластомером) , проводятся с использованием накопителей-отстойников.

Особый интерес предоставляет оригинальное оборудование для заполнения камер изделия эластомером с обеспечением конечного давления 35.55 МПа.

Окончательной операцией проектируемой линии является статическое нагружение изделия со снятием диаграммы нагрузки. Для этого спроектирована установка, обеспечивающая усилия до 2.5х10бН. Установка отличается от стандартного прессового оборудования значительно меньшими массогабаритными показателями и стоимостью. Для обеспечения требуемых метрологических показателей испытательная позиция оснащена силоизмерительной системой с компьютерной обработкой информации.

Для управления линией предлагается использовать программируемый контроллер. В этом случае возможно функционирование линии в различных режимах - ручном, механизированном и автоматизированном. В ручном режиме контроллер обеспечивает отображение технологической ситуации, контроль материальных ресурсов, архивацию результатов испытаний и ряда других функций. В режиме механизированной сборки к этим функциям добавляются операции по контролю за состоянием отдельных механизмов. При работе в автоматизированном режиме система управления реализуется как двух уровневая, обеспечивающая синхронизацию локальных систем контроля и управления на отдельных постах и связь с контроллером верхнего уровня, отображающим технологические ситуации.