论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对开发部给出的图纸与物料明细，识别JPQS-2型的踏面清扫器的结构和材料，研究其组装的工艺路线，设计详细的工艺方案，并针对其工艺难点、危险点进行工装设计。最后，编制成完整的工艺文件。
【关键词】踏面清扫器;工艺研究;工装设计
引言
1.1 研究背景
JPQS-2型踏面清扫器是为200公里动车组项目而设计的新型踏面清扫器。在机车运行过程中，由于外界因素如雨、霜、雪、砂尘、油污等的影响，车轮踏面极易受到污染，使粘着系数降低，会导致机车制动时产生滑行的严重后果。因此需要使用踏面清扫器来清扫车轮踏面的污垢及油迹，保持轮轨间稳定的粘着性能，保证安全。
1.2 研究目的
根据开发部给出的图纸与物料明细，对JPQS-2型踏面清扫器组装工艺进行研究，来指导实际生产，保证产品质量。
2 JPQS-2型踏面清扫器结构及工作原理
2.1 JPQS-2型踏面清掃器结构
JPQS-2型踏面清扫器主要由缸体组装、活塞组装、支撑盖组装、闸瓦托组装四大部分组成。缸体与支撑盖通过螺栓固定，活塞一端传出支撑盖与闸瓦托通过销轴连接，另一端可在活塞内运动。
2.2 JPQS-2型踏面清扫器工作原理
通过1/4进气口向缸体充气450kPa左右的压缩空气，推动活塞克服弹簧回复力向左伸出，同时，活塞左侧的空气通过排气螺钉排出缸体，支撑盖上固定的导向键和活塞上相应的键槽可以保证活塞不会发生旋转。活塞顶着闸瓦托向左伸出，使闸瓦贴紧车轮踏面，并保留1.4kN左右的贴紧力，基本不提供制动力。
2.3 新型踏面清扫器“四新”点
“四新”在机械工程方面指的是新工艺、新技术、新材料、使用新设备。识别“四新”点对结构设计、工艺设计以及工艺改善有很大帮助，是工艺研究的依据之一。
JPQS-2型踏面清扫器相对于JPQS-1型主要是结构的改变。缸体外径只有1型踏面清扫器缸体外径的二分之一，大大减少了占用转向架的空间及压力。JPQS-2型踏面清扫器采用板簧来替代原先的由碟簧、万向轴、圆球和万向螺钉构成的转向调节机构，在结构上大大简化，降低成本与安装难度。
在工艺方面，下压支撑盖的时候，之前使用手动调整使导向键进入键槽的方式，危险性极高，需要进行改善。板簧安装在活塞头部的平面上，而且需要使用扭矩扳子打较大扭力，这就产生了对板簧的定位要求。
针对这些“四新”点，可以开展对JPQS-2型踏面清扫器详细的工艺路线和工艺规程的研究，以及所需新工装的设计。
3 组装工艺研究
3.1 组装工艺路线分析
工艺路线是由一组工序组成的完整加工路线，工序是指在同一工作地连续完成的一部分工艺过程，是生产过程中最基本的组成单位。研究工艺路线可以详细指导工人每一步需要做什么，规范操作，节约时间。
分析JPQS-2型踏面清扫器的整体结构，可以划分四大部分组装，分别是缸体组装、活塞组装、闸瓦托组装和支撑盖组装。按照先后顺序确定了支撑盖小组装、铭牌安装、缸体组装、清扫器总装的装配工艺路线。
3.2 工艺难点分析与解决措施
发现工艺难点，分析工艺瓶颈，研究解决措施，是工艺最核心的部分。本次装配工艺难点主要存在于两个方面：
一是选用了非常用的零件。JPQS-2型踏面清扫器设计上选用了一个方头紧定螺钉，并且需要打9N.m的扭力。一般情况下紧定螺钉使用呆扳手拧紧即可，而本次研究中由于需要打扭，所以解决方法是使用插入式扭矩扳手。
二是装配时工具与零件、零件与零件之间有干涉。在压装销轴的时候，由于先装的防尘罩几乎挡住了装销轴的孔，因此需要将活塞顶起，露出装销轴的孔。分析其工艺，制定利用进气口充风，将活塞顶起，再进行下一步安装的解决措施，对相应工位进行相应的充风功能配置。
3.3 工装工具设计与研究
针对上述工艺难点的分析，在现有工装工具的基础上，还要设计新的工装来保证装配顺利进行。
3.3.1 导向工装
压装支撑盖时，由于弹簧自然长度要超出活塞杆10mm左右，为了使压装时导向键顺利进入活塞杆上的槽中，并且防止支撑盖在压装时与活塞杆的平台发生磕碰，设计一个导向工装。该导向工装的设计思路是，以活塞端部两个平面和中心M8螺纹孔定位，作为活塞杆的延长，其尺寸与表面粗糙度应与活塞杆保持一致，据此，设计导向工装。
3.3.2 压装工装
由于气压机只能压平面，压装支撑盖时需要设计一个压装工装来避开从中间穿出的活塞杆与导向工装，应留有46mm以上的行程，考虑到压装后需要装螺栓并打扭力，工具与工装之间应避免干涉，所以工装外径应小于76mm。据此，设计压装工装。
3.3.3 板簧定位工装
将板簧安装在活塞端部的平面时，其固定的螺钉需要打35N.m的扭力，很容易会使板簧发生滑动，而且板簧需要装入闸瓦托的槽中，需要很高精度的定位要求，因此需设计一个板簧定位工装，利用活塞端部两个平面定位，且需要留出螺栓紧固的空间。据此，设计板簧定位工装。
3.4 其他组装过程需要注意因素
工位气压机压力值是需要注意的因素之一，踏面清扫器装配过程中只需要200N左右的压力，并且压力过高可能导致板簧发生屈服失效，因此应将压力值调节到200-400N左右。
4 工艺文件编制
依据对JPQS-2型踏面清扫器的工艺研究，完成相关文件编制，主要文件有：《JPQS-2型踏面清扫器安装工艺规程》，《JPQS-2型踏面清扫器组装工位工艺装备清单》，《JPQS-2型踏面清扫器组装流转卡》，《JPQS-2型踏面清扫器工艺流程图》，《JPQS-2型踏面清扫器组装流水线生产工艺方案》。
组装流转卡是保证组装过程中产品质量的可控性，用于组装过程中对产品重要零部件进行的编号、工序操作者开完工时间等的记录，以便于以后对产品问题的判断追踪等，并且也显示了组装的大体顺序。
工艺流程图是根据产品的组装工艺，编制的简明流程图，以便于工艺人员布置现场、工位以及物料流向等。
流水线生产工艺方案是根据踏面清扫器工艺规程，完成其规范化到流水线上生产的工艺设计。能够有效提高效率，对精益提升有重大意义。
5总结
通过以上研究，对JPQS-2型踏面清扫器结构和原理有了一定程度的认识，探究了其全面的工艺过程，包括工艺路线分析、工艺难点攻关、工装工具设计等，完成了相关工艺文件的编制。其最终方案已经试制过程中得到验证，实现了批量生产。
（作者单位：中车株洲电力机车有限公司）
【关键词】踏面清扫器;工艺研究;工装设计
引言
1.1 研究背景
JPQS-2型踏面清扫器是为200公里动车组项目而设计的新型踏面清扫器。在机车运行过程中，由于外界因素如雨、霜、雪、砂尘、油污等的影响，车轮踏面极易受到污染，使粘着系数降低，会导致机车制动时产生滑行的严重后果。因此需要使用踏面清扫器来清扫车轮踏面的污垢及油迹，保持轮轨间稳定的粘着性能，保证安全。
1.2 研究目的
根据开发部给出的图纸与物料明细，对JPQS-2型踏面清扫器组装工艺进行研究，来指导实际生产，保证产品质量。
2 JPQS-2型踏面清扫器结构及工作原理
2.1 JPQS-2型踏面清掃器结构
JPQS-2型踏面清扫器主要由缸体组装、活塞组装、支撑盖组装、闸瓦托组装四大部分组成。缸体与支撑盖通过螺栓固定，活塞一端传出支撑盖与闸瓦托通过销轴连接，另一端可在活塞内运动。
2.2 JPQS-2型踏面清扫器工作原理
通过1/4进气口向缸体充气450kPa左右的压缩空气，推动活塞克服弹簧回复力向左伸出，同时，活塞左侧的空气通过排气螺钉排出缸体，支撑盖上固定的导向键和活塞上相应的键槽可以保证活塞不会发生旋转。活塞顶着闸瓦托向左伸出，使闸瓦贴紧车轮踏面，并保留1.4kN左右的贴紧力，基本不提供制动力。
2.3 新型踏面清扫器“四新”点
“四新”在机械工程方面指的是新工艺、新技术、新材料、使用新设备。识别“四新”点对结构设计、工艺设计以及工艺改善有很大帮助，是工艺研究的依据之一。
JPQS-2型踏面清扫器相对于JPQS-1型主要是结构的改变。缸体外径只有1型踏面清扫器缸体外径的二分之一，大大减少了占用转向架的空间及压力。JPQS-2型踏面清扫器采用板簧来替代原先的由碟簧、万向轴、圆球和万向螺钉构成的转向调节机构，在结构上大大简化，降低成本与安装难度。
在工艺方面，下压支撑盖的时候，之前使用手动调整使导向键进入键槽的方式，危险性极高，需要进行改善。板簧安装在活塞头部的平面上，而且需要使用扭矩扳子打较大扭力，这就产生了对板簧的定位要求。
针对这些“四新”点，可以开展对JPQS-2型踏面清扫器详细的工艺路线和工艺规程的研究，以及所需新工装的设计。
3 组装工艺研究
3.1 组装工艺路线分析
工艺路线是由一组工序组成的完整加工路线，工序是指在同一工作地连续完成的一部分工艺过程，是生产过程中最基本的组成单位。研究工艺路线可以详细指导工人每一步需要做什么，规范操作，节约时间。
分析JPQS-2型踏面清扫器的整体结构，可以划分四大部分组装，分别是缸体组装、活塞组装、闸瓦托组装和支撑盖组装。按照先后顺序确定了支撑盖小组装、铭牌安装、缸体组装、清扫器总装的装配工艺路线。
3.2 工艺难点分析与解决措施
发现工艺难点，分析工艺瓶颈，研究解决措施，是工艺最核心的部分。本次装配工艺难点主要存在于两个方面：
一是选用了非常用的零件。JPQS-2型踏面清扫器设计上选用了一个方头紧定螺钉，并且需要打9N.m的扭力。一般情况下紧定螺钉使用呆扳手拧紧即可，而本次研究中由于需要打扭，所以解决方法是使用插入式扭矩扳手。
二是装配时工具与零件、零件与零件之间有干涉。在压装销轴的时候，由于先装的防尘罩几乎挡住了装销轴的孔，因此需要将活塞顶起，露出装销轴的孔。分析其工艺，制定利用进气口充风，将活塞顶起，再进行下一步安装的解决措施，对相应工位进行相应的充风功能配置。
3.3 工装工具设计与研究
针对上述工艺难点的分析，在现有工装工具的基础上，还要设计新的工装来保证装配顺利进行。
3.3.1 导向工装
压装支撑盖时，由于弹簧自然长度要超出活塞杆10mm左右，为了使压装时导向键顺利进入活塞杆上的槽中，并且防止支撑盖在压装时与活塞杆的平台发生磕碰，设计一个导向工装。该导向工装的设计思路是，以活塞端部两个平面和中心M8螺纹孔定位，作为活塞杆的延长，其尺寸与表面粗糙度应与活塞杆保持一致，据此，设计导向工装。
3.3.2 压装工装
由于气压机只能压平面，压装支撑盖时需要设计一个压装工装来避开从中间穿出的活塞杆与导向工装，应留有46mm以上的行程，考虑到压装后需要装螺栓并打扭力，工具与工装之间应避免干涉，所以工装外径应小于76mm。据此，设计压装工装。
3.3.3 板簧定位工装
将板簧安装在活塞端部的平面时，其固定的螺钉需要打35N.m的扭力，很容易会使板簧发生滑动，而且板簧需要装入闸瓦托的槽中，需要很高精度的定位要求，因此需设计一个板簧定位工装，利用活塞端部两个平面定位，且需要留出螺栓紧固的空间。据此，设计板簧定位工装。
3.4 其他组装过程需要注意因素
工位气压机压力值是需要注意的因素之一，踏面清扫器装配过程中只需要200N左右的压力，并且压力过高可能导致板簧发生屈服失效，因此应将压力值调节到200-400N左右。
4 工艺文件编制
依据对JPQS-2型踏面清扫器的工艺研究，完成相关文件编制，主要文件有：《JPQS-2型踏面清扫器安装工艺规程》，《JPQS-2型踏面清扫器组装工位工艺装备清单》，《JPQS-2型踏面清扫器组装流转卡》，《JPQS-2型踏面清扫器工艺流程图》，《JPQS-2型踏面清扫器组装流水线生产工艺方案》。
组装流转卡是保证组装过程中产品质量的可控性，用于组装过程中对产品重要零部件进行的编号、工序操作者开完工时间等的记录，以便于以后对产品问题的判断追踪等，并且也显示了组装的大体顺序。
工艺流程图是根据产品的组装工艺，编制的简明流程图，以便于工艺人员布置现场、工位以及物料流向等。
流水线生产工艺方案是根据踏面清扫器工艺规程，完成其规范化到流水线上生产的工艺设计。能够有效提高效率，对精益提升有重大意义。
5总结
通过以上研究，对JPQS-2型踏面清扫器结构和原理有了一定程度的认识，探究了其全面的工艺过程，包括工艺路线分析、工艺难点攻关、工装工具设计等，完成了相关工艺文件的编制。其最终方案已经试制过程中得到验证，实现了批量生产。
（作者单位：中车株洲电力机车有限公司）