多種藥件壓制成型升降輸送工藝設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)

代冬生

（上海通彩機(jī)器人有限公司，上海）

隨著現(xiàn)代軍事發(fā)展的需求，武器口徑是越來越大，種類是越來越多，威力是越來越猛，所以戰(zhàn)斗部藥件品種也在不斷增多，規(guī)格不斷增大，對(duì)所配套的壓藥機(jī)的要求也是越來越高。

由于受傳統(tǒng)壓裝藥方法的影響，在壓裝藥方面采用固定輸送方式進(jìn)行生產(chǎn)壓制成型。對(duì)壓藥機(jī)適應(yīng)產(chǎn)品范圍的要求不斷增加，對(duì)所配制壓藥機(jī)的開口和行程也在不斷增大。而軍工產(chǎn)品生產(chǎn)的最基本特點(diǎn)是:多品種小批量生產(chǎn)，每個(gè)產(chǎn)品的產(chǎn)量少，屬于離散型生產(chǎn);產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工藝有較大的差異，生產(chǎn)的穩(wěn)定性和專業(yè)化程度低，生產(chǎn)過程間斷時(shí)間、工藝路線和生產(chǎn)周期都很長(zhǎng)[1]。所以采用固定壓藥小車軌道方式進(jìn)行生產(chǎn)壓藥，已不能適應(yīng)現(xiàn)代壓裝藥發(fā)展的需求，急需對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和針對(duì)壓藥環(huán)節(jié)中技術(shù)癥結(jié)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 方案分析

固定壓藥小車軌道輸送方式不僅限制了下頂式壓藥機(jī)的上升工作行程，導(dǎo)致在壓制較短藥柱產(chǎn)品或模具較低時(shí)，模具上方或下方所留空間過大，并在壓藥過程中需增配較多墊板和其他工裝來滿足不同產(chǎn)品的工藝需求，這樣就增加了壓藥周期和科研研制及生產(chǎn)成本，而壓藥機(jī)行程卻無法得到充分使用，設(shè)備能力不能充分發(fā)揮，因此，需要針對(duì)以上壓裝藥生產(chǎn)中存在的技術(shù)問題進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，固定壓藥小車軌道在壓機(jī)中間，所以必須分析壓藥機(jī)結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)。壓藥機(jī)采用三梁四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)，自下向上方式進(jìn)行壓藥;采用比例伺服及雙閉環(huán)反饋控制，壓力能無級(jí)調(diào)整;壓機(jī)限位采用直線位移傳感器控制，并設(shè)置上下極限行程開關(guān)進(jìn)行保護(hù)，保證滑塊不會(huì)超程運(yùn)行，能夠完成定壓成形和定程成形兩種工作方式[2]。

另外，結(jié)合壓藥工藝過程中的安全要求和操作規(guī)程等，能否利用壓藥機(jī)上下壓藥工作行程，在不增加外界動(dòng)力的條件下滿足壓藥需求。

通過反復(fù)論證和多種方案比較最終分析得出:原導(dǎo)軌長(zhǎng)度不變，將原導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向截?cái)啵兂煽缮舷逻\(yùn)動(dòng)的升降導(dǎo)軌，增加壓機(jī)開口有效高度，再對(duì)升降導(dǎo)軌和壓藥小車進(jìn)出抗爆間進(jìn)行約束設(shè)計(jì)和其他結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能滿足多品種小批量壓藥需求，使壓藥生產(chǎn)更加柔性化。

2 有效高度分析

壓裝法壓藥是彈藥裝藥中被廣泛采用的裝藥方法之一，是將散粒體炸藥裝入模具中，用沖頭施加一定的壓力，將散粒體炸藥壓成具有一定形狀、一定密度、一定機(jī)械強(qiáng)度的藥件或裝藥，具有使用的炸藥廣、生產(chǎn)周期短、爆轟感度大等優(yōu)點(diǎn)[3]。

壓裝模具是壓裝生產(chǎn)中重要的工藝裝備，是根據(jù)藥柱的幾何形狀和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)的。壓藥模具安裝在壓藥小車上，主要由沖頭、導(dǎo)向套、模套和底座等組成，底座與壓藥小車連接。如圖1 所示。

圖1 帶導(dǎo)向套壓藥模具

在模套內(nèi)徑尺寸確定的條件下，模套的高度應(yīng)根據(jù)炸藥的藥量、松裝密度和沖頭在模套中的定向高度來確定。具體是首先根據(jù)圖紙尺寸及密度要求計(jì)算裝藥量; 將所計(jì)算的裝藥量除以模套內(nèi)徑面積和炸藥的松裝密度，得到一高度值；在此高度值基礎(chǔ)上加上沖頭工作長(zhǎng)度的2/3(至少不低于工作長(zhǎng)度的1/2)，作為模套高度的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。

2.1 固定壓藥小車軌道輸送方式高度分析

高度分析時(shí)必須要了解輸送軌道的安裝方式。以壓機(jī)工作臺(tái)面為基準(zhǔn)安裝墻內(nèi)軌道，保證墻內(nèi)軌道與壓機(jī)中心的尺寸要求。墻內(nèi)軌道在左右方向上按距壓機(jī)中心指定尺寸布置，同時(shí)還要保證墻內(nèi)軌道前端面距壓機(jī)中心距離、墻內(nèi)軌道后端面距驅(qū)動(dòng)裝置距離。然后以墻內(nèi)軌道為基準(zhǔn)安裝墻外軌道，保證墻外軌道中心軸線與墻內(nèi)軌道中心軸線以及高度、驅(qū)動(dòng)裝置軌道中心軸線與墻內(nèi)軌道中心軸線以及高度一致。

固定壓藥小車軌道輸送方式壓藥核心單元主要由壓機(jī)、梳形件、壓藥模具、固定軌道以及固定壓藥小車等組成。固定壓藥核心單元高度尺寸鏈為H=h0+h4+h3+h2，其中，壓機(jī)有效開口高度為H，壓藥模具高度為h0，梳型件高度為h4，固定壓藥小車軌道距壓機(jī)下底面高度為h3。如圖2 所示。

圖2 固定壓藥核心單元高度尺寸鏈

從圖2 中可以看到，固定壓藥小車軌道輸送方式會(huì)導(dǎo)致模具下方留下了一段高度為h3的空間，此高度空間過大，且無法利用，只能在壓藥過程中增配相應(yīng)厚度墊板來解決，以達(dá)到壓藥過程中合理受力。墊板又厚又重，一是不好更換，設(shè)備靈活性差，二是增大了工人的負(fù)擔(dān)和勞動(dòng)強(qiáng)度，使事故發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)增加，不利于保障員工人身安全，降低了安全本質(zhì)化生產(chǎn)。

2.2 可升降軌道輸送方式高度分析

可升降軌道輸送方式壓藥核心單元主要由壓機(jī)、梳形件、壓藥模具、活動(dòng)軌道以及壓藥小車等組成。可升降壓藥核心單元高度尺寸鏈為H=h0+h4+h5+h1,其中，壓機(jī)有效開口高度為H，壓藥模具高度為h0，梳型件高度為h4，可升降軌道距壓機(jī)下底面高度為h5。如圖3 所示。

圖3 可升降壓藥核心單元高度尺寸鏈

從圖3 中可以看到，可升降軌道輸送方式會(huì)將固定壓藥小車軌道輸送方式造成的模具下方無法利用的一段高度為h3的空間一部分高度分給壓藥小車，使這段高度有h3減小到h5(h3＞h5)，有效行程由h2增大到h1(h2＜h1)。這樣，壓藥小車就設(shè)計(jì)成了“U”型結(jié)構(gòu)，一方面增加了壓機(jī)的有限行程，直接就提高了壓機(jī)的有效工作范圍，這就縮短產(chǎn)品切換時(shí)間，柔性大，另一方面減少了在制品，還相對(duì)的減少了作業(yè)場(chǎng)地，使工位周邊空間利用率更高，還有就是兩側(cè)支撐柱在軌道中間來回運(yùn)動(dòng)，具有相互限制作用，提高設(shè)備運(yùn)行過程中的安全性，減少傷人事故發(fā)生的可能性，再就是減小了墊板厚度，降低了墊板重量，在降低成本的同時(shí)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 技術(shù)原理

將壓藥機(jī)工作臺(tái)上的固定導(dǎo)軌前后截?cái)?，成為升降?dǎo)軌，并增設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證升降導(dǎo)軌在壓藥時(shí)沿上下方向可隨壓藥行程自行移動(dòng); 在升降導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌銜接處增設(shè)托槽限位裝置和固定式支架，分別固定在壓藥機(jī)底座上，保證壓藥機(jī)上升降導(dǎo)軌在壓藥完成后能與固定導(dǎo)軌完全對(duì)接，使壓藥小車可沿水平方向進(jìn)出抗爆間，并利用閘門裝置保證壓藥生產(chǎn)安全性。采取上述措施，解決了固定導(dǎo)軌在壓藥時(shí)與工作臺(tái)面相互干涉的技術(shù)問題，同時(shí)并不影響壓藥小車進(jìn)出抗爆間工作，有效地利用了壓藥機(jī)壓藥時(shí)的工作行程。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)后的升降輸送工藝設(shè)備主要由可升降軌道裝置、閘門裝置、壓藥小車、驅(qū)動(dòng)輸送裝置和氣動(dòng)系統(tǒng)等組成。如圖4 升降輸送工藝設(shè)備示意。

圖4 升降輸送工藝設(shè)備示意

3.1 壓藥小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)

為了保證壓藥過程壓藥小車始終在壓藥機(jī)中心位置，使壓藥過程不發(fā)生偏載，確保安全壓藥，對(duì)其壓藥小車的牽引拉桿加長(zhǎng)處理，并能使其牽引桿與輸送氣缸的托車掛鉤完全結(jié)合，使壓藥過程壓藥小車上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，掛鉤能分離自如，不會(huì)影響壓藥小車位置。

支撐柱不能做成通長(zhǎng)的，必須在與小車體相連時(shí)增加墊板。這一方面可以用來調(diào)節(jié)高度，增加裝配調(diào)整的靈活性，一方面是支撐柱可以根據(jù)不同的需求和用途進(jìn)行更換，使壓藥小車更加靈活，從而減少設(shè)備的種類和數(shù)量，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率的目的。

3.2 驅(qū)動(dòng)輸送裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

輸送氣缸托架是將氣缸動(dòng)力傳遞到壓藥小車上，并牽引壓藥小車進(jìn)出抗爆間，完成人機(jī)隔離壓藥。那么氣缸托架的位置將不能影響壓藥小車的位置，但在壓藥時(shí)，不能參與壓藥的上下運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)中必須保證氣缸托架位置不能有明顯變化，利用輸送氣缸底部緩沖結(jié)構(gòu)和氣缸最大行程位置，確保氣缸托架每次工作中的位置準(zhǔn)確。另外結(jié)合輸送氣缸內(nèi)置磁性開關(guān)，來檢測(cè)氣缸托架位置，確保壓藥工作循環(huán)正確，不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。

3.3 可升降導(dǎo)軌創(chuàng)新設(shè)計(jì)

可升降導(dǎo)軌是這次改進(jìn)中的關(guān)鍵部件，既能上下運(yùn)動(dòng)，又要準(zhǔn)確停止，還要有高的運(yùn)動(dòng)精度等。因此設(shè)計(jì)了精確導(dǎo)向定位裝置，采用了精密導(dǎo)向銅套，滿足了壓藥安全要求和運(yùn)動(dòng)精度需求。每根可升降導(dǎo)軌配置兩套精確導(dǎo)向定位裝置，并將其固定在壓藥工作臺(tái)上，保證了可升降導(dǎo)軌的直線位置和水平精度。固定導(dǎo)軌雖然不運(yùn)動(dòng)，但在升降導(dǎo)軌部分處截?cái)啵绊懙狡鋭傂?在接縫處要求過渡平滑，不得影響壓藥小車進(jìn)出抗爆間的運(yùn)動(dòng)。因此在接縫處設(shè)計(jì)了支架，加強(qiáng)了導(dǎo)軌剛度，同時(shí)還在導(dǎo)軌接縫處增加了托槽定位裝置，保證升降導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌平滑對(duì)接。在壓藥過程中，可升降導(dǎo)軌可以隨壓藥機(jī)工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)，并可自動(dòng)適應(yīng)不同壓藥行程，滿足壓藥生產(chǎn)需求。所以創(chuàng)新設(shè)計(jì)后的可升降軌道裝置主要由外道軌、內(nèi)道軌、升降內(nèi)道軌、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及支架等組成。如圖5 可升降軌道裝置示意。

圖5 可升降軌道裝置示意

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的支座利用T 型螺栓固定在工作臺(tái)面上，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向軸一端與升降內(nèi)道軌組裝好后再焊接在一起，這是為了保證道軌的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，支座采用中孔設(shè)計(jì)，上端裝有銅套，然后將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱放入銅套中，保證升降內(nèi)道軌能上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)可升降功能。

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在可升降導(dǎo)軌單元中起著重要的作用，主要用于導(dǎo)向、支撐和定位。具體來說包括:導(dǎo)柱能夠保證可升降導(dǎo)軌在上下往復(fù)移動(dòng)過程中正常進(jìn)行對(duì)中，防止出現(xiàn)定導(dǎo)向不到位的情況，從而保證可升降導(dǎo)軌的正常使用; 導(dǎo)柱能夠在可升降導(dǎo)軌頂出的過程中支撐升降內(nèi)道軌和壓藥小車滾輪，防止出現(xiàn)導(dǎo)軌的歪斜情況，保證升降內(nèi)道軌和壓藥小車滾輪在進(jìn)行作業(yè)時(shí)處于穩(wěn)定的運(yùn)作中; 導(dǎo)柱能夠?qū)⒖缮祵?dǎo)軌單元中的各個(gè)部件定位在正確的位置上，確保運(yùn)行過程中精度和穩(wěn)定性。

在外道軌的前端安裝了兩個(gè)液壓緩沖器，主要有以下作用: 在壓藥小車運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)其進(jìn)行緩沖和減速，從而起到一定程度的保護(hù)作用;由于液壓緩沖器能夠?qū)核幮≤嚨倪\(yùn)動(dòng)速度逐漸降低并最終停止，因此能夠降低工作過程中的噪音。

4 設(shè)備主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

4.1 截?cái)鄬?dǎo)軌，有效提高設(shè)備使用范圍

充分利用壓藥機(jī)上下移動(dòng)壓藥的工作特點(diǎn)，將原有固定導(dǎo)軌改成可上下移動(dòng)并能自適應(yīng)壓藥行程的升降導(dǎo)軌，以此更靈活地適應(yīng)不同的場(chǎng)景和需求，同時(shí)為升降導(dǎo)軌設(shè)計(jì)了導(dǎo)向限位裝置和支撐支架及托槽等，以確保導(dǎo)軌升降過程中的穩(wěn)定性和安全性。所以在沒有新增外部動(dòng)力的情況下，充分發(fā)揮了設(shè)備的有效功能，提高了設(shè)備的使用范圍。

4.2 減少工裝輔具，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

因?yàn)楣ぱb輔具通常是一些輔助工具和裝置，是用于協(xié)助工人完成各種任務(wù)，如果使用過多的工裝輔具，會(huì)增加工人的負(fù)擔(dān)和勞動(dòng)強(qiáng)度，所以減少工裝輔具可以減輕工人的負(fù)擔(dān)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度;減少了更換壓藥模具定位柱和工作調(diào)整墊板的次數(shù)，降低事故發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 多功能性

升降輸送工藝設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了現(xiàn)有壓藥裝藥設(shè)備的壓藥行程，能夠滿足不同的需求和用途;還提高了壓藥精度和產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大了壓藥模具高度使用范圍，增強(qiáng)了壓藥模具的柔性化生產(chǎn)，而降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

通過此項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效地解決了下頂式壓藥機(jī)不能全程壓藥的技術(shù)難題，充分發(fā)揮了設(shè)備的最大有效能力，能滿足了藥件小批量、多品種壓制成型及生產(chǎn)需要，增強(qiáng)了產(chǎn)品應(yīng)變能力，實(shí)現(xiàn)了火工品柔性化生產(chǎn)。同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保障員工人身安全，對(duì)提高火工品的自動(dòng)化工藝水平具有一定的借鑒和推廣意義。