鐵路平車鎖閉裝置激光定位裝置的設(shè)計(jì)與研制

高頌慶，馬龍飛

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 051430

1 序言

激光定位器具有高抗干擾性、高穩(wěn)定性、高可靠性，可產(chǎn)生不同光束發(fā)散度的一字線及十字線等，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)標(biāo)識(shí)器、工業(yè)用激光模組及對(duì)制造零部件、裝配設(shè)備的定位。

X70型集裝箱專用平車是無地板、端門的框架式平車，用于裝運(yùn)兩個(gè)20ft（1ft＝0.305m）集裝箱或一個(gè)40ft集裝箱，主要由底架、鎖閉裝置、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架等部分組成，底架為全焊鋼結(jié)構(gòu)，主要材質(zhì)為Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼，裝用固定式鎖閉裝置（端部）、推拉翻轉(zhuǎn)式集裝箱鎖閉裝置（中部）。

根據(jù)鐵路貨車產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量認(rèn)證細(xì)則（X70型集裝箱專用平車）要求，集裝箱鎖閉裝置組對(duì)工裝是X70型集裝箱專用平車生產(chǎn)的必備裝備之一。鎖閉裝置組裝尺寸的精度直接影響車輛的使用，還可能影響行車安全，如：集裝箱無法裝載、運(yùn)行時(shí)集裝箱脫落等，因此鎖閉裝置組裝質(zhì)量尤為關(guān)鍵，鎖閉裝置的組裝方式主要通過工藝裝備來保證，所以工裝的精度高低直接決定了鎖閉裝置的組裝精度。

2 鎖閉裝置的結(jié)構(gòu)分析

X70型平車鎖閉裝置主要由4個(gè)推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭和4個(gè)固定式鎖頭構(gòu)成，安裝在車體上，與集裝箱角件配合，保障在運(yùn)輸過程中集裝箱與運(yùn)輸載體間不發(fā)生位置的相對(duì)移動(dòng)或脫離。其中單、雙鎖座縱向中心距（5853±6）mm，單鎖座縱向中心距（11985±6）mm，單、雙鎖座橫向中心距22590-3mm，單鎖座與雙鎖座對(duì)角線差≤13mm，兩單鎖座對(duì)角線差≤16mm，這些尺寸是鎖閉裝置組裝的關(guān)鍵尺寸，是集裝箱順利裝載及運(yùn)行安全穩(wěn)定的保障。

鎖閉裝置的各項(xiàng)尺寸均以鷹頭結(jié)構(gòu)鎖頭上鷹眼為基準(zhǔn)，如何精準(zhǔn)定位鷹眼位置十分關(guān)鍵，傳統(tǒng)鎖閉裝置定位工裝將定位尺寸轉(zhuǎn)化至鎖頭的內(nèi)側(cè)平面及側(cè)面的不規(guī)則點(diǎn)或者鎖座的邊緣。由于鑄造原因，每個(gè)鎖頭不同程度上存在差異，尺寸轉(zhuǎn)化過程中存在偏差的風(fēng)險(xiǎn)，加上工裝自身定位精度存在誤差，很難保證鎖閉裝置組裝尺寸，并且普通工裝采用接觸式剛性定位，組裝時(shí)需要完全貼緊定位塊，在工裝吊出時(shí)，通過人為很難控制工裝的平衡，這樣就會(huì)使工裝定位模塊與鎖頭碰撞造成變形，影響定位精度。

我們考慮采用激光定位的方式對(duì)鎖頭鷹眼進(jìn)行定位組裝，定位點(diǎn)與集裝箱裝載使用點(diǎn)保持一致[1]，組裝尺寸更加準(zhǔn)確，并且激光定位組裝時(shí)與鎖頭不接觸，這樣不但保證定位的精度，而且工裝與工件分離，避免在使用時(shí)造成磕碰，定位精度得到保證。

3 工裝設(shè)計(jì)方案

3.1 激光定位器應(yīng)用介紹

激光定位器集合了激光的抗干擾性、高穩(wěn)定性，激光定位器產(chǎn)生的紅綠光線清晰明亮，效果直觀，實(shí)用體積小巧，特別適用于大型設(shè)備的安裝、定位，可大幅提高工作效率，且工業(yè)適用性強(qiáng)。

3.2 工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1）強(qiáng)結(jié)構(gòu)減自重創(chuàng)新設(shè)計(jì)。為減少因?yàn)楣ぱb自身變形影響定位精度的情況，秉著使用時(shí)能夠快捷、方便地調(diào)整的原則，我們考慮采用具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕特點(diǎn)的合金材料作為工裝的基本框架材料。

通過分析鎖頭的整體組裝結(jié)構(gòu)，鎖閉裝置組裝以車體中心為基準(zhǔn)定位點(diǎn)組裝4個(gè)推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭，再以推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭定位端部固定鎖頭，因此將推拉翻轉(zhuǎn)式鎖頭定位做成一個(gè)整體（采用鋼結(jié)構(gòu)）并作為基準(zhǔn)。

整體結(jié)構(gòu)（見圖1）采用三段設(shè)計(jì)方案，中部作為定位基準(zhǔn)采用普通鋼結(jié)構(gòu)，中部結(jié)構(gòu)小巧、整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，作為定位基準(zhǔn)牢固可靠；中部下側(cè)向外延伸支撐板，支撐兩翼，增加穩(wěn)定性；兩翼采用鋁合金框架焊接結(jié)構(gòu)，兩翼與中部連接處內(nèi)外兩側(cè)增加加強(qiáng)板，進(jìn)一步提升強(qiáng)度；中部與兩翼采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，在無生產(chǎn)時(shí)方便拆卸，易于存放，減少場(chǎng)地占用。該結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量主要集中在中部，同時(shí)吊運(yùn)裝置設(shè)計(jì)在中部，保證在日常使用中吊運(yùn)平穩(wěn)、無變形，避免在使用過程中因兩端自重而造成工裝變形，影響定位精度，進(jìn)而影響組裝質(zhì)量。

2）無障礙激光定位創(chuàng)新設(shè)計(jì)。打破傳統(tǒng)剛性定位方式，創(chuàng)新設(shè)計(jì)激光非接觸定位[2]，在8個(gè)鎖頭的上方采用360°可調(diào)整的激光探頭，投射出十字激光定位線，十字交點(diǎn)即為鎖頭鷹嘴定位（見圖2），線條即為鎖座的橫向、縱向中心定位線，用來檢查鎖座是否擺正。激光投射裝置離車體上平面距離較大，鎖閉裝置組裝空間大，方便操作并且工裝吊出時(shí)與配件無接觸（傳統(tǒng)工裝與工件貼嚴(yán)，工裝大而重，吊出時(shí)很難把控工裝的平衡，定位塊與工件易摩擦磕碰，造成定位塊變形，影響工裝的定位精度）。組裝完成后定位焊時(shí)，由于工裝與工件分離，可避免焊接飛濺對(duì)工裝精度的影響。組裝時(shí)只需將鎖頭上鷹嘴紅點(diǎn)及鎖座中心分別與激光十字線對(duì)齊即可，操作簡(jiǎn)單方便，質(zhì)量可靠，同一側(cè)鎖座的直線度得到保證。

圖1 集裝箱鎖閉裝置組對(duì)工裝結(jié)構(gòu)

圖2 激光定位組裝效果

3）全方位高精細(xì)位置調(diào)整。在枕梁上蓋板及中橫梁上蓋板處設(shè)有6個(gè)球形滑輪，球形滑輪內(nèi)部裝有支撐彈簧，支撐工裝保持穩(wěn)定，在工裝與車體對(duì)中調(diào)整時(shí)，可實(shí)現(xiàn)平面360°旋轉(zhuǎn)調(diào)整。由于球形滑輪與車體屬于點(diǎn)接觸，所以整體摩擦力較小，調(diào)整操作方便，用力小。

4）自動(dòng)對(duì)中調(diào)整裝置（見圖3）。為更加快捷地使工裝與車體橫向、縱向中心對(duì)齊，沿著車體縱向分別在車體中心及枕梁處設(shè)置3組對(duì)中調(diào)整設(shè)施，采用螺旋絲杠配合手輪設(shè)計(jì)[3]，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪兩側(cè)滑塊同時(shí)自動(dòng)向中部移動(dòng)，可快速實(shí)現(xiàn)工裝與車體橫向自動(dòng)對(duì)中，調(diào)整方便，操作簡(jiǎn)單。

圖3 自動(dòng)對(duì)中調(diào)整裝置

中部鋼結(jié)構(gòu)的下部采用自動(dòng)夾緊裝置對(duì)中央大橫梁、中橫梁、上蓋板進(jìn)行夾緊定位，快速實(shí)現(xiàn)以車體中心縱向定位，保障工裝定位準(zhǔn)確，進(jìn)一步提升組裝質(zhì)量。

5）激光防撞保護(hù)設(shè)計(jì)。為保證在使用過程中激光探頭不磕碰，保護(hù)電子元器件，在激光探頭下部設(shè)計(jì)防護(hù)板，上部設(shè)計(jì)防護(hù)罩，激光探頭通過防護(hù)板通孔將十字線投射，日常使用時(shí)外部看不到激光探頭，防止激光探頭被碰撞造成損壞或者影響定位精度（見圖2）。

6）防錯(cuò)裝應(yīng)用設(shè)計(jì)。如圖4所示，鎖閉裝置組成1位、2位和5位、6位鎖頭鷹嘴朝向車體一位側(cè)，2位、3位和7位、8位鎖頭鷹嘴朝向車體二位側(cè)，為避免鎖頭方向翻轉(zhuǎn)，影響集裝箱裝載及運(yùn)行安全，考慮增加防錯(cuò)裝功能，設(shè)計(jì)在1位、2位和5位、6位鎖頭使用綠顏色激光定位，在2位、3位和7位、8位鎖頭使用紅顏色激光定位，并且鷹嘴朝向的激光線帶有箭頭指向，在工裝的外側(cè)表面上粘貼鎖頭鷹嘴朝向的三維示意圖，實(shí)現(xiàn)在鎖閉裝置組裝時(shí)的防錯(cuò)功能。

圖4 防錯(cuò)裝應(yīng)用設(shè)計(jì)

4 工裝應(yīng)用效果

經(jīng)過對(duì)100輛車的組裝尺寸進(jìn)行檢測(cè)校核統(tǒng) 計(jì)，各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)均符合圖樣要求，該工裝組裝定位尺寸穩(wěn)定可靠，滿足X70型平車必備裝備的生產(chǎn)條件。

該工裝在X70型集裝箱專用平車批量生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用，自動(dòng)對(duì)中裝置配合球形支撐輪結(jié)構(gòu)可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)中定位調(diào)整，操作方便，減少輔助時(shí)間，效率明顯提升。強(qiáng)結(jié)構(gòu)減自重創(chuàng)新設(shè)計(jì)，強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，日常使用時(shí)無變形，定位精度可靠。

激光定位十字線能夠準(zhǔn)確地對(duì)鎖頭、鎖座定位，實(shí)現(xiàn)非接觸式定位，工裝吊入、吊出時(shí)與工件不接觸，避免工件與工裝貼合造成定位塊變形影響精度，經(jīng)過驗(yàn)證定位精度可靠。

防錯(cuò)裝形式創(chuàng)新改善，降低員工作業(yè)操作技能要求，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用直觀、易懂，有效避免了鎖閉裝置反裝錯(cuò)裝，提升了組裝準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

該工裝可適用于市場(chǎng)上大多數(shù)平車鎖閉裝置組裝，如X70、NX70及NX70A等車型，適用性廣。