Лукашук В.С. Нестандартное оборудование вагоносборочного производства. Конструкция, проектирование, расчет

Подождите немного. Документ загружается.

К специальному относят оборудование, которое применяется для из-

готовления какого-либо одного технологического узла или нескольких од-

нотипных технологических узлов, несущественно отличающихся по конст-

рукции. В качестве специального оборудования наиболее часто применяют

сборочные и сборочно-сварочные стенды.

Проектируя сборочный стенд, обычно предусматривают, что в нем будут

собирать только вполне определенный конкретный технологический узел.

Иногда создают комбинированную конструкцию стенда, предназначенного

для сборки однотипных технологических узлов, например, передней и зад-

ней концевых стен, левой и правой боковых стен и др.

Сборочный стенд представляет собой основание в виде сварной рамы

или каркаса, на котором смонтированы устройства, предназначенные для

обеспечения требуемой ориентации составных частей технологического уз-

ла и временного закрепления их.

Характерной особенностью стендов является то, что указанные уст-

ройства закреплены на основании стенда постоянно и составляют его неотъ-

емлемую часть.

Следовательно, в отличие от сборочных стеллажей, стенды не требуют

переналадки при сборке очередного технологического узла. В то же время

стенды имеют узкоспециализированное назначение. Однако в условиях

средне- и крупносерийного производства применение стендов позволяет по-

высить производительность технологических процессов за счет исключения

затрат рабочего времени на переналадку оборудования, снизить долю воз-

можного брака, снизить или полностью исключить затраты на правку свар-

ных конструкций и др.

Различные сборочные стенды могут существенно отличаться друг от

друга конструкцией. Однако они обладают и некоторыми общими при-

знаками, по которым стенды можно объединить в определенные классы.

По массе собираемых узлов стенды можно разделить на легкие (масса уз-

лов не более 300 кг), средние (масса узлов свыше 300 кг, но не более 1000

кг) и тяжелые (масса узлов свыше 1000 кг).

По способу установки на рабочем месте стенды бывают неподвижные и

подвижные. Неподвижные стенды могут быть установлены на полу цеха

свободно или закреплены на фундаменте. Свободно, как правило, устанав-

ливают легкие стенды. Средние и тяжелые стенды нуждаются в закреплении

на фундаменте. Подвижные стенды имеют механизм, с помощью которого

способны перемещаться вместе с собираемым технологическим узлом по

поточной линии или перемещать технологический узел только на следую-

щую позицию потока.

Стенды могут быть поворотными и неповоротными. В неповоротных

стендах технологический узел занимает неизменное положение при произ-

водстве сборочных или сварочных работ. Поворотные стенды имеют меха-

низм, благодаря которому в процессе сборки технологический узел повора-

чивается вместе с частями стенда относительно какой-либо оси.

Поворотные стенды более сложны по конструкции, однако они по-

вышают эффективность сборочных и сварочных работ, при этом техно-

логический узел доступен для выполнения работ с любой стороны, со-

кращаются затраты времени на повороты технологического узла другими

средствами технологического оснащения, например, мостовыми кранами,

кран-балками, специальными кантователями и др.

1.2. Основные положения теории базирования

при сборочных работах

Основное назначение сборочного оборудования — обеспечение тре-

буемой точности сборки, которая в итоге определяется принятой систе-

мой базирования составных частей технологического узла (сборочных

элементов) в сборочном приспособлении.

Базирование при сборочных работах — придание сборочным элемен-

там требуемого положения в сборочном приспособлении. Это положение

определено соответствующими размерами, допусками формы, допусками

расположения поверхностей, техническими требованиями, указанными на

сборочном чертеже.

База — это поверхность, линия или точка, принадлежащая сборочному

элементу и используемая для базирования.

Точка, символизирующая одну из связей сборочного элемента с при-

способлением, называется опорной точкой. Для обеспечения неподвижно-

сти сборочного элемента в приспособлении на него необходимо наложить

шесть двухсторонних геометрических связей. Эти шесть связей могут

быть созданы путем обеспечения контакта детали с базирующими по-

верхностями сборочного стенда.

Базирующими поверхностями сборочного стенда называются соответ-

ствующие поверхности базовых элементов сборочного стенда, с которы-

ми взаимодействуют базы деталей и сборочных единиц, входящих в со-

став собираемого технологического узла.

Схема расположения опорных точек на базах технологического узла

или детали называется схемой базирования. На схемах базирования опор-

ные точки изображаются следующим образом:

Рис. 1.3. Схема базирования призматической

детали: I, II, III—базы детали; 1—6—

опорные

точки на базах

на виде спереди и сбоку ;

на виде сверху .

Пример схемы базирования призматической детали, изображенной в трех

проекциях, приведен на рис. 1.3.

Различают конструкторские и технологические базы.

Конструкторская база — база, используемая для определения положе-

ния сборочного элемента в кон-

струкции собираемого техноло-

гического узла.

Технологическая база — ба-

за, используемая для опреде-

ления положения сборочного

элемента при изготовлении

(сборке) технологического узла.

Например, если положение про-

дольных обвязочных элементов

в конструкции рамы пассажир-

ского вагона (рис. 1.4) опреде-

лено размерами А и Б и при

сборке рамы обвязочные эле-

менты опираются на базирую-

щие поверхности стенда в точках 1 и 2, то плоскости Д и Е являются конст-

рукторскими базами, а плоскости В и Г — технологическими.

По количеству лишаемых степеней свободы базы подразделяются на:

установочные — базы, лишающие сборочный элемент трех степеней

свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг

двух других осей (см. рис. 1.3, база I);

Рис. 1.4. Базы составных частей технологического узла: В, Г — технологические;

Д, Е — конструкторские; 1,2 — опорные точки

направляющие — базы, лишающие сборочный элемент двух степеней

свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг

другой оси (см. рис. 1.3, база II);

опорные — базы, лишающие сборочный элемент перемещения вдоль од-

ной координатной оси (см. рис. 1.3, база III).

1.3. Системы и узлы сборочных стендов

В любом сборочном стенде можно выделить три крупные составные сис-

темы: основание, комплект базирующих элементов, комплект прижимных

элементов. Подвижные и поворотные стенды кроме того имеют механизмы

перемещения и поворота.

Основание сборочного стенда обычно выполняют в виде сварной рамы

или каркаса. При проектировании основания стенда необходимо учитывать

следующие требования:

 конструкция основания должна быть набрана из стандартных профи-

лей фасонного проката и деталей, изготовляемых из листового проката до-

ступными технологическими методами (термической резкой, фрезерова-

нием, строганием и др.); применение в конструкции основания ненорма-

лизованных литых, кованых, штампованных деталей не допускается;

 основание стенда должно обладать большой изгибной жесткостью и

сохранять положение закрепленных на нем базирующих элементов; обычно

изгибная жесткость основания должна превышать изгибную жесткость со-

бираемого в стенде технологического узла не менее чем в 3—4 раза;

 основание стенда должно обеспечивать свободный доступ к местам

образования соединений элементов технологического узла; эти соедине-

ния должны располагаться на удобной для выполнения работ высоте

(500—800 мм от уровня пола);

 общая масса основания не должна превышать грузоподъемность кра-

нового и такелажного оборудования, применяемого для монтажа стенда на

рабочем месте; основание крупногабаритных тяжелых стендов целесооб-

разно выполнять из отдельных секций, соединяемых между собой с помо-

щью разъемных соединений в процессе монтажа стенда на рабочем месте.

В тех случаях, когда при сборке технологического узла возникает не-

обходимость выполнять сборочные или сварочные работы (в том числе и

прихватку сваркой) с двух сторон (сверху и снизу), основание стенда вы-

полняют в виде каркаса. Конструкция каркаса должна обеспечивать сво-

бодное перемещение исполнителей работ под собираемым технологи-

ческим узлом.

Комплекты базирующих и прижимных элементов состоят из отдель-

ных узлов.

Базирующие элементы предназначены для придания составным час-

тям собираемого технологического узла определенного положения в сбо-

рочном стенде. Они в итоге должны обеспечивать требуемую точность

сборки. Число базирующих элементов и их размещение в сборочном стен-

де должно быть таким, чтобы все размеры, а также допуски формы и рас-

положения поверхностей технологического узла соответствовали тре-

буемым пределам.

По типу баз базирующие элементы подразделяются на установочные,

направляющие и опорные.

Прижимные элементы сборочных стендов предназначены для вре-

менного закрепления составных частей технологического узла с целью

сохранения положения, приданного им базирующими элементами. Кро-

ме того, прижимные элементы должны предупреждать деформации тех-

нологического узла, возникающие в процессе наложения сварных швов (в

том числе и прихваток).

По типу прижимные элементы могут быть ручными и механически-

ми. В качестве ручных прижимов наибольшее распространение получи-

ли винтовые и эксцентриковые (кулачковые) прижимы. Из механичес-

ких чаще всего применяют пневматические, гидравлические и электро-

магнитные прижимы.

Выбор типов и конструкции прижимных элементов зависит от многих

факторов, но основными из них являются следующие: тип производства

(единичное, серийное, массовое), масса собираемого технологического

узла, изгибная жесткость прижимаемых составных частей узла.

Например, в условиях единичного производства предпочтение отда-

ется ручным прижимам как более простым по конструкции, а при массо-

вом производстве чаще применяют быстродействующие механические

прижимы.

Для поджатия деталей из тонких листов и полос можно применять экс-

центриковые прижимы, тогда как при поджатии деталей из сортового

проката (уголки, швеллеры, двутавры, зетовые профили) значительной

изгибной жесткости необходимы винтовые или механические прижимы.

Основные положения главы 1

Все разнообразие технологического оборудования для производства сбо-

рочных работ можно разделить на три основных вида: сборочное, сборочно-

сварочное и сварочное. Единица оборудования любой разновидности может

быть универсальной или специальной.

Для достижения требуемой точности сборочных работ при сборке техно-

логического узла в стенде необходимо строго закрепить каждую составную

часть узла по установочной, направляющей и опорной технологическим ба-

зам.

Компоновочная схема сборочного стенда должна включать три основные

системы: основание, комплект базирующих элементов и комплект прижим-

ных элементов.

Параметры основания сборочного стенда определяются изгибной же-

сткостью собираемого технологического узла.

Тип и число базирующих элементов выбираются исходя из обеспечения

требуемой точности сборки.

Тип прижимных элементов определяется объемами выпуска изделий,

массой и изгибной жесткостью закрепляемых элементов.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте понятия технологического оборудования и оснастки.

2. На какие виды подразделяется оборудование сборочных цехов?

3. В чем различия между универсальным и специальным технологи-

ческим оборудованием?

4. Сформулируйте понятия базирования, базы, опорной точки.

5. В чем различия между конструкторскими и технологическими базами?

6. Чем различаются установочные, направляющие и опорные базы?

7. Назовите основные требования к конструкции основания сборочного

стенда.

8. Каково назначение базирующих элементов сборочного оборудования?

9. Назовите назначение и основные типы прижимных элементов сбо-

рочных стендов.

Глава 2

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗИРУЮЩИХ

ЭЛЕМЕНТОВ СБОРОЧНЫХ СТЕНДОВ

Из практики эксплуатации сборочных приспособлений

Примерно 25 % сборочных приспособлений подлежат замене новыми до уста-

новленного срока эксплуатации из-за изнашивания и повреждений базирующих

элементов. Причиной этому являются принятые при проектировании схемы

крепления базирующих элементов на основаниях приспособлений, исключающие

возможность регулирования положения или замены этих элементов.

2.1. Установочные базирующие элементы

Установочные базирующие элементы придают основную ориентацию

составным частям технологического узла, исключая при этом три степени

свободы составных частей: линейное перемещение вдоль одной коор-

динатной оси и повороты относительно двух других координатных осей. Из

этого следует, что установочные базирующие элементы должны обес-

печивать опору составной части узла на базирующий элемент в трех точках

(по плоскости).

В качестве установочных базирующих элементов наиболее часто при-

меняют платики. Платик представляет собой плоскую деталь прямоугольной

формы в плане (рис. 2.1, а). Если установочная технологическая база приня-

та на плоскости значительных размеров, то платики выполняют ступенча-

тыми (рис. 2.1, б).

К основанию стенда платики необходимо крепить при помощи разъем-

ных соединений через регулировочные прокладки. Наличие регулиро-

вочных прокладок позволяет все платики выставить в необходимый уро-

вень, не предъявляя при этом жестких требований по допускам формы и

расположения поверхностей основания стенда. Разъемные соединения

существенно упрощают работу по восстановлению рабочего состояния

стенда в случае разрегулировки и износа поверхностей базирующих эле-

ментов. Для крепления платиков применяют стандартные крепежные

детали — винты с цилиндрической головкой и шестигранным углубле-

Рис. 2.1. Конструкции установочных платиков: а—плоского; б—ступенчатого;

1—базируемая деталь; 2—платик; 3—регулировочная прокладка; 4—основание

(рама) стенда; 5—крепежный винт

нием под ключ по ГОСТ 11738-84 с номинальным диаметром резьбы не ме-

нее М6 для легких стендов и не более М20 для тяжелых стендов или винты с

потайной головкой.

Конструктивные элементы платиков показаны на рис. 2.1, разрез А—А.

Диаметр d зенковки отверстия под крепежный винт обычно принимают на

1—4 мм больше диаметра головки винта. Глубина зенковки h должна быть

больше высоты головки винта b на 1—3 мм.

Платики должны обладать высокой износостойкостью рабочей повер-

хности и повышенной ударной вязкостью, иначе они будут повреждаться

при закладке в стенд тяжелых составных частей технологического узла. В

связи с этим платики обычно изготовляют из углеродистой стали с содер-

жанием углерода (0,20...0,25) %, например, из стали 20 по ГОСТ 1050-88 с

последующей цементацией рабочей поверхности на глубину 0,8...1 мм и за-

калкой до твердости HRC55...60. После такой химико-термической об-

работки рабочая поверхность платика приобретает высокую твердость и из-

носостойкость, а сердцевина металла остается мягкой, придавая конст-

рукции в целом высокую ударную вязкость.

2.2. Направляющие и опорные базирующие элементы

Направляющие базирующие элементы сборочных стендов должны ис-

ключать две степени свободы составных частей технологического узла: ли-

нейное перемещение вдоль одной координатной оси и поворот относительно

другой координатной оси. Следовательно, направляющие базирующие эле-

менты должны обеспечивать опирание составной части технологического

узла в двух точках, т.е. по прямой линии.

Опорные базирующие элементы исключают одну степень свободы —

линейное перемещение вдоль одной координатной оси. Они должны обес-

печивать опирание составной части технологического узла в одной точке.

В качестве направляющих и опорных базирующих элементов наиболее

часто применяют упоры, фиксаторы, центраторы.

Упоры — наиболее распространенный тип направляющих и опорных ба-

зирующих элементов. Они могут быть неподвижными, откидными, самоот-

водящимися.

Неподвижные упоры (рис. 2.2) просты по конструкции, что обеспе-

чивает минимальную трудоемкость сборочных работ (при прочих рав-

ных условиях), однако они часто повреждаются при закладке в стенд тя-

желых составных частей технологического узла. Кроме того, неподвиж-

ные упоры затрудняют извлечение собранного технологического узла из

сборочного стенда. Это бывает в тех случаях, когда в стенде имеются

встречные упоры, например, упоры, обеспечивающие размер ширины

рамы вагона. С учетом изложенного неподвижные упоры можно реко-

Рис. 2.2. Конструкции неподвижных упоров: а — плоского; б—ступенчатого;

1 — рама стенда; 2 — кронштейн упора; 3 — регулировочная прокладка;

4 —опорная плита; 5—базируемая деталь

Рис. 2.3. Схема откидного упора: 1— ба-

зируемая деталь; 2 — кронштейн упора;

3 — стопорная планка; 4—корпус упора;

5—ограничитель поворота; 6 — рама

стенда; 7 — упорная плита

мендовать к применению в легких и средних стендах, а также в тяжелых

стендах для базирования деталей массой не свыше 50 кг.

В случаях, когда в стенде предусматривается встречное расположение

неподвижных упоров, высоту h (рис. 2.2, а) необходимо принимать не более

50 мм (если это приемлемо для надежного базирования детали).

Требования к конструкции элементов упора (опорной планки, регулиро-

вочной прокладки) и способам крепления их к кронштейну такие же, как и

для установочных платиков. Кронштейн упора следует крепить к раме стен-

да при помощи разъемных соединений. Это позволит существенно облег-

чить процессы переналадки и ремонта стендов. Для легких стендов допус-

кается крепление корпуса упора к основанию стенда при помощи сварки.

Откидные упоры (рис. 2.3) позволяют избежать недостатков, присущих

неподвижным упорам. Однако они более сложны по конструкции и требуют

дополнительных затрат рабочего времени на установку упоров в рабочее

положение и вывод из него перед извлечением собранного узла из сбороч-

ного стенда. Конструктивные схемы откидных упоров могут быть разнооб-

разными, но все они должны содержать устройства, позволяющие однознач-

но закреплять упор в рабочем положении. На схеме, показанной на рис. 2.3,

эту функцию выполняет стопорная

планка 3 и упорная плита 7. Благо-

даря клиновидной форме стопор-

ной планки и соответствующего

паза в корпусе, кронштейн 2 при-

жимается упорной плитой к корпу-

су и независимо от зазора в шарни-

ре рабочая поверхность упора все-

гда занимает одно и то же положе-

ние.

При проектировании откидных

упоров сохраняются все требова-

ния для неподвижных упоров. Не-

обходимо иметь в виду то, что на

стопорную планку со стороны

кронштейна будет действовать си-

ла, превышающая силу прижатия

базируемой детали к упору в H/h

раз. Из этого следует, что стопор-

ную планку необходимо распола-

гать как можно дальше от оси по-

ворота кронштейна (h ≥ H/2).