滚轮式焊接架的设计及校验2.pdf

工艺设备材料滚 轮 式 焊 接 架 的 设 计 及 校 验王传妹(常熟专用汽车制造厂江苏常熟 215500)摘要 介绍了用于半挂车车架焊接的滚轮式焊接架的设计及其稳定性校验。滚轮式焊接架依靠电动机通过蜗轮减速器传递到主动轮上 , 主动轮摩擦驱动主动盘 , 再通过主动盘带动从动盘及车架同时翻转。关键词 : 焊接滚轮架设计校验中图分类号 : U 463132; T 献标识码 : B文章编号 : 100420226 (2001) 0320035203国内半挂车车架的生产大都采用焊接方法 , 其最简单的方法一般采用自由组合 , 直接施焊 , 这种工艺定位精度差。当车架处于水平状态时 , 车架纵梁与横梁的焊接多为立焊状态 , 故而焊缝质量得不到保证 , 直接影响车架的强度和使用寿命。有些企业为了提高焊接质量 , 在自由组焊的基础上 , 配以行车等吊装设备将点焊定位的车架翻转 90后再进行侧面平焊。这种方法虽然解决了立焊存在的焊接缺陷 , 但作业不安全 , 存在事故隐患。还有采用水平滑移式夹钳 , 即将定位胎具上点焊好的车架水平吊到专用夹具的钳口中 , 然后将车架的两端夹紧固定 , 采用一端机械传动的方法进行 360旋转 , 实现平焊的目的。这种方法是用车架自身作为传递扭矩的载体 , 故易造成车架自身的扭曲变形 , 影响到车架的使用寿命。1滚轮式焊接架的结构与特点滚轮式焊接架主动盘与从动盘之间采取刚性连接 , 保证车架在翻转过程中自身不承受扭矩 , 采取夹紧车架中部的方法适应不同长度和不同规格车架的焊接。滚轮式焊接架的回转运动是依靠电动机通过蜗轮减速器传递到主动轮上 , 主动轮摩擦驱动主动盘 , 再通过主动盘带动从动盘及车架一同作旋转运动来实现的 (见图 1)。图 1滚轮式焊接架示意图11 主动盘 21 从动盘 31 主动胶轮41 从动胶轮 51 从动铸铁轮2电机选择211电机转速的选取根据半挂车车架和滚动架结构的特点、尺寸及其质量和转动时的安全性要求 , 滚动架的转速为 1 1. 5 r m 2滚轮式焊接架动力传递示意图11 连轴器 21 减速器 31 柔式连轴器 41 主动胶轮 51 主动盘 61 从动铸铁轮 71 从动盘由图 2 可知 , 电机转速由下式求取 :n = n2 d 1 (1 - E) (1)式中 : n电机转速 , r m 滚动架转速 , r m 主动轮直径 ,滚动架主动盘直径 ,减速器速比E胶轮与钢轮摩擦传动的滑移率由于车架宽 215 m , 可确定 d 2 = 2. 8 m , 查机械设计手册得 E= 0103, 初选 1 115 r m d 1= 012 m , i= 50, 代入 (1) 式得电机转速为 7201 080 r m 当选取转速为 1 000 r m 6 极电机时 , 滚轮架转速 1139 r m 12电机功率的确定21211滚轮架翻转过程中的受力分析滚轮架主、从动盘上受到车架的作用力可视为532001 3专用汽车 eh 其翻转过程中的受力可简化为图 3 的平面任意力系。(a)主动盘受力简图(b)从动盘受力简图图 3滚轮架翻转受力情况21212建立平衡方程式经分析主、从动盘的受力图即可看出 , 滚轮架逆时针旋转时的受力状况要比顺时针旋转时的受力状况恶劣 , 因此 , 只需建立逆时针旋转时主、从动盘的平衡方程式。主动盘力平衡方程式 : F X = P 0co + F N 2co -(N 1 + F 2) co = 0 (2) F Y = P 0 + F n N 2 +(N 1 + F 2) -(m 1 + m 2) g 2 = 0 (3) M = M 0 - M 2 - M G - T = 0 (4)从动盘力平衡方程式 : F X = F (N 4 - F 3) co -(N 3 + F 4) co = 0 (5) F Y = F n (N 4 - F 3) +(N 3 + F 4) -(m 1 + m 2) g 2 = 0 (6) M = T - M 3 - M 4 - M G = 0 (7)其中 :M 0= P 0 = (m 1g 2) n = (m 1 2) (m 1 2) e 011452= 1105 10- 2m 1e(X = 0 = P 1139 30 01145 s)若不计从动轮滑动轴承的摩擦阻力 , 则 :M 2 = F 2 N 2k 1 (1 + r2 3 = F 3 N 3k 2 (1 + r2 4 = F 4 N 4k 2 (1 + r2 中 : F 1、 F 2、 F 3、 F 4 分别为主动胶轮、从动胶轮及从动铸铁轮与主动盘、从动盘之间的摩擦阻力 ,、 N 2、 N 3、 N 4 分别为主动胶轮、从动胶轮及从动铸铁轮与主动盘、从动盘之间的正压力 ,主动轮驱动扭矩 ,N 工件转动时的偏心阻力扭矩 ,N 从动胶轮与主动盘之间的摩擦扭矩 ,N 、 M 4 从动铸铁轮与从动盘之间的摩擦扭矩 ,N 主动轮和全部从动轮的半径 (d 1 2) , 主动盘和从动盘的半径 (d 2 2) , 滚动架转动惯性阻力矩 ,N mF n工件偏置离心力 ,工件偏置离心力 F n 与 X 轴的夹角 , ( )k 1 主动胶轮与钢主动盘之间的滚动摩擦力臂 ,从动铸铁轮与钢从动盘之间的滚动摩擦力臂 ,主动盘驱动力 ,主动盘、从动盘角速度 , 工件质心最大偏置量 ,工件质量 , 滚动架质量 , 重力加速度 ,m 定主动盘所受主动轮的最大驱动力 P 0m k 1= 0125 k 2= 0105 g 10 m 2) (7)式整理后得 :P 0 = 5154 10- 2 (m 1 + m 2) + 6196m 13 王传妹 : 滚轮式焊接架的设计及校验1117 10- 4m 1 = 3144 (m 1 + m 2) + 01194m 1 10- 3m 1 = 3148 (m 1 + m 2) - 6197m 1 10- 3m 1 当 H= 0时 ,P 0m 5154 10- 2 (m 1 + m 2) + 6196m 1e (8)此时 :N 1 = 3144 (m 1 + m 2) + 01194m 1e (9)21214确定允许的最大偏心量 = K P 0m ax f (10)式中 : K 载荷系数 , 取 K = 1. 5; f 钢与橡胶摩擦系数 , 取 f = 0. 5, 代入 (8) (10)式得 :e = 11583 10- 1 (m 1 + m 2) m 1P 0m 11157 (m 1 + m 2)21215确定电机功率半挂车及滚轮架结构可确定 m 1= 2 000 m 2= 1 500 N = G (11)式中 : N 0主动盘需要功率 ,N 0 = M 0m P 0m ax 12)K 载荷系数G总传动效率 ,G= 13)各传动元素机械效率将载荷系数 K = 115, 机械传动效率 (取弹性联轴器 : 0199, 蜗杆传动 : 01705, 滑动轴承 : 0194, 摩擦传动 : 0185) 代入式 (11) (13) 得 :N 2123 (213电动机选型根据滚轮架工况及计算所得的电机功率、转速 ,再查机械设计手册 , 即应选用 Y 系列 (动机 ,其实际功率为 3 际转速为 960 r m 操作稳定性校验311静止状态下滚轮架的受力分析滚轮架仅用二只橡胶轮对主动盘实行制动 , 不再对从动盘制动 , 又考虑到焊接作业时 , 操作员有时要站在滚轮架上进行焊接操作 , 因此 , 应对滚轮架进行静止稳定性校验 , 图 4 是主动盘静止状态下的平面任意力系图。312建立平衡方程式经分析受力图即可以看出工件质量与操作员质图 4量均偏至同侧 x 轴上时受力最恶劣 , 因此 , 只需对此时的平衡方程式校验 : F x = (F 1 + F 2) co + (N 2 - N 1) co = 0(14) F y = (F 1 - F 2) + (N 1 + N 2) -(m 1 + m 2 + m ) g 2 = 0 (15) M = M 1 + M 2 - (2M Gm M ) = 0 (16)其中 :M 1 = F 1 2= F 2 = m g Gm (m 1g 2) e F 1= N 1f F 2= N 214)、 (15)、 (16)式得 :m = 0. 65 (m 1 + m 2) - 213 (e r2)m 1 (17)将 114m , e= 0. 1583 (m 1 + m 2) m 1 代入 (17) 式得 :m = 0. 39 (m 1 + m 2) (18)由 (18)式可知 , (m 1+ m 2)越大 , 则 m 也越大 , 随(m 1+ m 2) 的增加 , 安全也随之增加。将 m 1 = 2 000kg,m 2= 1 500 入 (18)式得 : m = 1 365 定 6 人同时操作 , 每人及附带工具总重为 80则稳定系数为 : m (6 80) 218。由此可知 , 稳定性可靠 , 焊接工在焊接操作时滚轮架不会发生自动回转而出现事故。滚轮式焊接架自投入使用以来效果