液-气储能上心盘铆钉机的研制

1、液-气储能上心盘铆钉机的研制郭湘云 赵凤海 刘淑秋（沈阳铁路局苏家屯车辆段和中国北车集团沈阳机车车辆有限责任公司 辽宁 沈阳 ）摘 要：介绍液-气储能上心盘铆钉机研制依据、方案、系统组成、系统原理及特点、技术参数、系统工作流程 、关键技术、效益关键词：液-气储能 上心盘新式铆钉机一、研制依据为了缓解运输紧张局面，实现铁路装备现代化，铁道部决定自2005年起加快既有铁路货车120km/h提速改造速度：用三年的时间，完成大部分既有国铁和参加国铁运营的企业自备铁路货车的改造。既有铁路货车120km/h提速改造工作在铁道部指定的具备货车厂修、段修资质的车辆工厂、车辆段进行，提速改造的车型为敞、平、棚、

2、罐和特种车等。无论哪一种车型，改造内容都有“配套更换锻钢上心盘、上旁承”（铁运200512号关于加快既有铁路货车120km/h提速改造的通知）的内容。在中国北车集团齐车公司既有棚车换装转K2型转向架改造技术条件（QCH119JXJT）和既有敞车换装转K2型转向架改造技术条件（QCH136JXJT）中，都有“切除原上心盘的铆钉， 在原铆钉位置铆装图号为QCP900-00-01A的上心盘”的技术要求。一辆提速改造车需拆装、铆接16枚铆钉，使用既有设备拆装、铆接一个上心盘至少需要40分钟，远远不能满足提速改造生产任务完成的需要。上心盘的拆装、铆接速度成为既有铁路货车120km/h提速改造进度的瓶颈，

3、因此，研制高效率的上心盘铆钉机成为车辆部门亟待解决的问题。二、研制方案简介我们调研了国内许多货车生产、检修单位的上心盘拆装、铆接的方式。目前，铁路货车的上心盘拆除、铆接普遍采用气锤冲击法，该方法存在劳动强度大、效率低、噪音高等缺点。也有厂家采用液压方法利用恒定压力铆接上心盘，此类设备普遍存在体积大、自重大、不易搬运的问题，现场职工宁愿采用气锤冲击，也不愿使用这种方式铆接。铆接时夹紧铆钉主要采用两种方式：一种是在铆接过程中由操作者不断推动自制的扳手，另一种是把铆接时的反作用力作用在中梁上。利用人工推动扳手，很难保证铆接质量。把力作用在中梁上，使中梁受力较大，对车体有损伤，危及行车安全。我们对各种

4、铆接方式的效率、性能、人机工程等方面反复进行了论证，最后形成的设计方案为：在上心盘拆卸、铆接时动力采用液-气储能冲击方法；系统结构采用分体式，即泵站和拆除、铆接工具利用一个摆动及升降机械臂相连，作业时，仅移动拆除、铆接工具；铆接时， 设计了导向筒定位系统，力的支撑点直接作用于地面和上心盘。在制造出液-气储能上心盘铆钉机的首件后，我们到现场反复试验，不断对其改进优化，此产品现在已定型，目前已用的用户反映良好：不仅提高了工作效率，而且大大降低了噪音，改善了劳动环境。三、系统组成系统组成框图 YQ1型液一气动能铆钉机主要由6个系统组成，1液压锤；2液压站；3机械臂；4导向筒定位；5铆钉顶紧装置；6电

5、气控制系统。四、系统原理及特点1、采用液-气储能冲击方法。（外形见图1，原理见图1A）在图中，高压液压油通过进油口及换向阀到活塞油室，液压油推动活塞向右移动，压缩高压氮气室氮气，当氮气室压力达到液压油通过回油口压力释放， 并流回油箱，同时活塞在高压氮气作用下向左高速移动， 压氮气作用下向左高速移动，并 图1撞击铆头，在铆头处形成很高的冲击能量，撞击结束后阀门换向，液压油被重新注入，并重复上述过程。由于采用了此项技术，该液压锤与20吨液压缸相比，重量减轻了近70%，体积缩小了一倍以上。液-气动能转换原理(液压锤结构如下图 )图 1A2、铆钉头顶紧及升降装置采用2寸低压油缸（见图2、图3 ），铆头

6、工作时由于作用在铆钉上为冲击力，对顶紧及升降油缸平均作用压力减小，在设计顶紧油缸及升降油缸时可降低技术要求，对减轻重量及体积非常有利。 图 2 图 3 3、铆头采用导向筒定位（见图4）。能有效限制铆头的水平位移，提高铆接质量。4、液压站与铆头采用分体式设计。通过机械臂连接，机械臂可前后左右摆动，不用整体移动液压站，定位时只需轻轻移动机械 臂即可到达工位。 图 45、液压站冷却系统采用强迫风冷方式（见图5 ）。液压油箱体积与自然冷却系统相比减少了70% ，液压站的重量只有自然冷却系统的50% 。 图 5五、主要技术参数 铆接、拆除冲击力：110J 机械臂垂直行程：150mm泵站额定电压：380V

7、 功率：4KW使用温度：0-40°C 机械臂长度：1000mm系统压力：11Mpa 流量：21L外形尺寸：890mm×690mm×860mm 重量：200kg六、系统工作流程1、 系统流程图2、系统工作流程接通电源、液压泵开始工作、油液共分三个支路。支路通过双向电磁阀、逆止阀，减压阀到升降油缸，通过双向电磁阀控制使升降油缸动作推入导向筒定位，在铆接过程中同时油缸上升；支路同上，通过双向电磁阀控制伸缩油缸工作，使油缸顶住铆钉机帽或移出工位，支路通过单向电磁阀控制液压锤供油，控制铆接过程。铆接时，将机械臂移到待铆铆钉孔下，按动“升”开关，支路电磁阀通电，升降油缸上升，

8、铆头推入导向筒；按动“伸”开关支路电磁阀通电，油缸伸长，并顶到加热后的铆钉头部；按动“铆”开关支路电磁阀打开液压锤工作，铆接开始；在铆接过程中，支路同时工作，使升降缸不断上升，与支路同步，铆接到位后松开“铆”开关，支路停止供油，按“缩”开关，支路换向，油缸缩短，移走支撑油缸，按动，“降”开关，支路换向，液压锤下降，铆接过程引结束。七、关键技术货车上心盘拆卸、铆接动力常采用液压法或气液增力缸法。液压法因液压站体积庞大而笨重。铆接头定位移动困难，铆接支撑点在中梁上，从而导致系统工作效率低下，加重劳动强度，降低工作效率。气液增力缸方法节省了液压站但增力缸体积大，气液转换速度慢，支撑方法与液压法相同，

9、同上存在上述问题。1 本系统采用液-气储能冲击方法，将高压液压油压缩至氮气室储能装置，储存在高压氮气室的能量通过高速阀门释放，形成该能量的转换，在铆头形成很高的冲击能量。该方法体积小，重量轻，大大地提高了系统工作效率，减小劳动强度。2 分体式系统结构。即泵站与拆除、铆接工具利用摆动及升降机械臂相连，减轻了工作者的劳动强度。3 导向筒定位系统，保证了铆接质量。在铆头对正过程中，为了防止铆接振动时造成铆头与铆钉轴线的移位，在铆头上升过程中加入了导向筒，使铆头与上芯盘相对固定。减少因铆头移动而造成铆接质量下降的问题。4 液压站采用强迫风冷散热系统，减少了液压油用量，使液压站的体积及重量只有常规自然冷却系统的一半。八、 效益分析1、液-气储能上心盘铆钉机自2005年6月份使用以来，随着结构、功能的不断优化，已越来越得到用户的认可。生产效