CN101811251A - 裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，是为裂解连杆螺栓装配工序提供一种专用设备，适用于直切口连杆和斜切口连杆。它主要由机械系统和气动系统组成，机械系统包括连杆定位机构、连杆压紧及振动除渣机构、连杆盖开合机构、定扭矩扳手及送进机构、螺栓转动及导向机构、螺栓自动上料及分离机构等。连杆定位机构包括连杆大头定位块、连杆小头定位块，连杆大小头定位夹具可更换，以适用不同型号连杆的加工，连杆小头定位夹具可在X方向及Y方向一定范围内进行位置调整及定位，以适用直切口连杆和斜切口连杆。采用本发明设备装配裂解连杆螺栓能明显提高加工质量，保证螺栓装配满足设计要求，避免断裂面夹渣现象，保证裂解连杆的重装精度等。

Description

裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备

技术领域：

本发明涉及裂解连杆螺栓定扭矩装配的专用设备，属于发动机连杆加工制造技术领域。

背景技术：

发动机连杆的传统加工方法为分体加工，即要将整体连杆经机加工方法切断、铣削，再对结合面磨削，同时需大量加工工序和精加工设备分别加工连杆体和连杆盖螺栓孔。其加工精度与装配质量难以控制，生产效率低，制造成本高。连杆裂解工艺是连杆最新加工技术。连杆裂解加工过程如图1所示。即在连杆大头孔内预先加工两条裂解槽，然后在裂解专用设备上对连杆进行断裂分离，最后在连杆盖和连杆本体复位完全啮合的条件下完成螺栓定扭矩装配工序及其后续的精加工。连杆裂解加工新技术具有装配精度高，加工工序少，节省精加工设备，节材节能，生产成本低等特点。

裂解连杆定扭矩装配螺栓工序是连杆裂解加工三大关键技术与装备之一。与传统连杆加工方法装配螺栓不同，在该设备上要完成连杆螺栓的初拧紧、螺栓松开、连杆盖分离、吹渣、振动除渣、连杆盖复位、螺栓终拧紧工作要求。裂解连杆定扭矩装配螺栓过程中要保证连杆盖与连杆体精确复位啮合，不能有错位或错移。目前已公开的专利文献主要涉及连杆裂解槽加工方法及设备，连杆裂解加工方法及设备方面，或传统连杆机械加工后装配螺栓方面的专利，很少涉及裂解连杆定扭矩装配螺栓工序的专用设备。

发明内容：

本发明的目的是为裂解连杆螺栓装配工序提供一种专用的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备。

本发明的上述目的通过一下技术方案实现，结合附图说明如下：

本发明所述的一种裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，主要由机械系统和气动系统组成，所述的机械系统包括定扭矩螺栓拧紧装置和自动上螺栓装置，其中定扭矩螺栓拧紧装置包括安装在夹紧机架13上的连杆定位机构、摆动压紧及振动除渣机构、连杆盖开合机构和螺栓转动及其导向机构，安装在扳手机架9上的定扭矩扳手及进给机构，夹紧机架13和扳手机架9均安装在定扭矩装置底座12上；连杆定位机构包括连杆大头定位块和连杆小头定位块2及其位置调整机构；所述的自动上螺栓装置包括安装在自动上螺栓装置底座34上的电磁振动料斗25、振动输料导轨26和螺栓分离机构，电磁振动料斗25中的螺栓32在电磁铁作用下沿振动输料导轨26逐步传送至螺栓分离机构，自动上螺栓装置通过输料管29与定扭矩螺栓拧紧装置相连接。

本发明具有以下技术特点：

1、本发明定扭矩螺栓自动装配设备为顺序动作，由PLC(可编程控制器)与人机界面系统控制先后顺序完成所要求的动作，并显示现场工作与报警，工控机完成参数设置与实时控制。

2、连杆定位夹紧装置与定扭矩扳手进给机构统一安装在设备底座上。连杆定位夹紧装置上设有连杆大小头定位块、连杆摆动压紧及振动机构、连杆盖开合机构、螺栓旋转及导向机构。

3、两个旋转压紧气缸在压力介质作用下，连接在旋转压紧气缸上的压紧块边作向下运动边旋转，从而将放置在定位块上的已裂解加工的连杆压紧。

4、螺栓在电磁振动力作用下，沿输料轨运动，振动料斗的电磁振动频率和振幅可调，进而螺栓的运动速度可调。

5、螺栓分离块由分离气缸驱动作直线运动，气管封闭块由分离气缸驱动作直线运动。

6、被分离到输料管内的螺栓，在压力介质驱动下，沿输料管内管壁滑动至螺栓转动机构内部。

7、转动块在螺栓转动气缸驱动下，沿轴作旋转运动，把由输料管输入的螺栓旋转至水平方向。

8、两个定扭矩扳手设于扳手支架上，扳手支架安装在直线导轨上，并由一气缸驱动作前后直线运动。

9、螺栓在扳手推动下，沿螺栓导向机构进入连杆螺纹孔。

10、连杆大头孔定位活动块安装在连杆盖开合滑块上，连杆盖开合滑块在双向气缸驱动下，使连杆盖与连杆体分离，振动除渣机构对裂解后的连杆上表面进行打击振动，将断裂接合面上未发生脱落的碎渣脱落，高压气体介质对连杆盖和杆的结合面清除碎渣和粉尘。

11、对于不同型号的连杆，要更换大小头定位块，并调整连杆小头定位块在X向和Y向的位置。

12、对于不同型号的连杆螺栓，调整直线振动器两侧挡板的间距及上部挡板的高度，使其上的螺栓顺畅通行。

13、对于不同型号的连杆，可编制相应的数控程序，对两个连杆螺栓施加不同的扭矩转角值。

14、可完成对定扭矩装配螺栓进行扭矩监测，对于不满足装配要求的螺栓，发出报警信息。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、裂解加工后的连杆在大小头定位块上可实现精确定位，并可方便适用于不同型号的直切口连杆和斜切口连杆。

2、采用独特的摆动压紧机构能保证准确的压紧连杆大头孔上平面，又方便连杆工件的上下料操作。

3、采用独特的自动上螺栓机构，保证螺栓被准确的装配入连杆螺纹孔，且不破坏螺纹质量。

4、连杆盖开合机构设计有精确导向导轨在双作用气缸作用下实现连杆的杆、盖分离，并可实现接合面的精确复位啮合。从而不破坏断裂面形貌，进一步提高连杆的装配精度，保证连杆后续加工中的重装精度。

5、定扭矩扳手安装在扳手支架上，扳手支架由直线导轨导向并在气缸驱动下作直线运动，可有效地保证螺栓装配精度和装配质量。

6、振动除渣气缸安装在压紧块上，可实现对连杆大头孔上表面高频振动冲击，完成振动除渣，避免夹渣现象的出现，保证连杆的重装配精度。

附图说明：

图1是连杆裂解加工三大工序示意图，其中：

图1(a)在连杆大头孔内预先加工两条裂解槽的状态示意图；

图1(b)对连杆进行裂解分离状态示意图；

图1(c)在连杆盖和连杆本体复位完全啮合后状态示意图；

图1(d)是图1(a)中I处的局部放大图。

图2裂解连杆定扭矩螺栓装配示意图。

图3定扭矩螺栓自动装配设备结构简图。

图4螺栓分离机构示意图。

图5旋压机构及振动除渣机构示意图。

图6即连杆开合机构示意图。

图7是小头定位块调整机构示意图。

图8是螺栓翻转及导向过程示意图，其中：

图8(a)为翻转前螺栓状态；

图8(b)为翻转后螺栓状态；

图8(c)为导向过程螺栓状态。

图中：1.连杆2.连杆小头定位块3.压紧块4.滑块5.定扭矩扳手6.扳手支架7.扳手进给气缸8.直线导轨9.扳手机架10.大头孔定位活动块11.大头孔定块12.定扭矩装置底座13.夹紧机架14.旋转压紧气缸15振动气缸16.振动块17双作用气缸18手轮19.螺栓转动气缸20.螺栓转动块21.上导向块22.下导向块23.X向小头孔定位块调整轴24.Y向小头孔定位块调整手轮25.电磁振动料斗26.振动输料导轨27.螺栓分离块28.螺栓分离气缸29.输料管30.输料管封闭气缸31.输料管封闭板32.连杆螺栓33.拧紧扳手头34.自动上螺栓装置底座35.丝杠36.导向轴37.调整块

具体实施方式：

以下结合附图给出的实施例，对本发明设备作进一步详细说明。

本发明提供一种裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，该装置由机械系统和气动系统组成，所述的机械系统包括定扭矩螺栓拧紧装置和自动上螺栓装置。

所述的定扭矩螺栓拧紧装置包括连杆定位机构、连杆摆动压紧及振动除渣机构、连杆盖开合机构、定扭矩扳手及进给机构、螺栓旋转及导向机构。所述的定位机构包括大头孔定位活动块10、大头孔定块11、连杆小头定位块2及位置调整机构；大头孔定块11、连杆小头定位块2及位置调整机构、连杆摆动压紧及振动除渣机构、连杆开合机构和螺栓旋转及导向机构均安装在夹紧机架13上，定扭矩扳手5安装在扳手支架6上，扳手支架6通过直线导轨安装在扳手机架9上，并由扳手进给气缸7驱动沿直线导轨8作Y方向运动，扳手机架9安装在定扭矩装置底座12上。

所述的连杆大头定位块分为大头孔定位活动块10和大头孔定块11，大头孔定块11用螺栓及销钉固定在夹紧机架13上，大头孔定位活动块10用螺栓及定位键与连杆盖开合机构相连接，大头孔定块11上开有若干个吹气孔，用于连杆与连杆盖结合面除渣；

连杆小头孔定位块2安装在连杆小头定位块位置调整机构上，小头定位块位置调整机构与夹紧机架13连接，连杆大头定位块和小头定位块2均可更换，且中心距可调，以及两者所在直线与上螺栓方向所成角度在一定范围内可调。

所述的摆动压紧及振动除渣机构包括两个旋转压紧气缸14、两个压紧块3、两个振动气缸15和两个振动块16，旋转压紧气缸14安装在夹紧机架13上，压紧块3分别安装在旋转压紧气缸14的活塞杆上，压紧块3由旋转压紧气缸14驱动作旋转运动和直线运动，振动气缸15安装在压紧块3上，振动块16安装在振动气缸15活塞杆上，振动块16与连杆大头孔上表面距离可调。

所述的连杆盖开合机构包括一个由双作用气缸17驱动的滑块4，连杆大头定位块中的大头孔定位活动块10安装在滑块4上，滑块4由双作用气缸17驱动作连杆盖与连杆体分离的直线运动。

所述的螺栓转动及其导向机构具有一个精确角度转动的螺栓转动气缸19和两套螺栓导向机构，其中的螺栓转动气缸19驱动螺栓转动块20沿固定轴作圆周运动，用于将由高压气体吹来的与水平成一角度的螺栓旋转至水平方向，螺栓转动气缸19通过调节转动角度，驱动螺栓转动块20作精确角度的旋转运动；

所述的螺栓导向机构包括由上下导向块21、22构成的导向段，导向段直径由粗变细，端部与连杆螺纹孔直径相近，由螺栓转动机构旋转至水平方向的螺栓在拧紧扳手头33推动下，沿上下导向块21、22导入连杆1螺纹孔内。

所述的定扭矩扳手及进给机构包括扳手支架6、定扭矩扳手5、调整块37、手轮18及丝杠35、扳手进给气缸7，两个定扭矩扳手5安装在扳手支架6上，而扳手支架6分别固定连接在两个调整块37上，导向轴36用于两个定扭矩扳手5在X方向调整的导向，与丝杠35配合装配的丝母装在调整块37上，丝杠35与手轮18固连，通过转动手轮18，调整定扭矩扳手5与扳手支架6的相对位置，即调整两个扳手的中心距，扳手支架6与扳手进给气缸7的活塞杆固连，在扳手进给气缸7的驱动下，定扭矩扳手5可作Y方向的直线运动。

所述的螺栓分离机构包括螺栓分离气缸28、螺栓分离块27、输料管封闭气缸30和输料管封闭板31，螺栓分离块27具有两个特定的分离凹槽，在分离气缸28带动下作直线运动，螺栓分离块27的分离凹槽带动连杆螺栓32进入输料管29，输料管封闭板31在输料管封闭气缸30带动下作直线运动，将输料管29进入螺栓的一端封闭。

所述的连杆小头定位调整机构包括X向调整机构和Y向调整机构，在水平两个方向上进行连杆小头定位块2位置的调整，X向调整机构和Y向调整机构均采用丝杠传动的形式，将旋转运动转换为直线运动，采用的螺纹为矩形螺纹。

参照图2-8，一种用于裂解连杆定扭矩自动螺栓装配设备包括机械系统和气动系统，所述的机械系统按如下方式组成：

机械系统包括定扭矩装配螺栓装置和自动上螺栓装置。

定扭矩装配螺栓装置底座12上安装有夹紧机架13和扳手机架6，夹紧机架13上方固设有大头孔定块11、螺栓转动气缸19和旋转压紧气缸14，压紧块3安装在旋转压紧气缸14活塞杆上，振动气缸15及振动块16安装在压紧块3上。所述的连杆盖开合机构中的滑块4上安装有大头孔定位活动块10，滑块4在双作用气缸17驱动下作直线运动。摆动压紧及振动除渣机构中的振动块16在振动气缸15驱动下作上下直线运动。所述的螺栓转动及其导向机构中的螺栓转动块20在螺栓转动气缸19驱动下沿固定轴作圆周运动。所述的连杆小头定位块2安装在其位置调整机构上，连杆小头定位块位置调整机构安装在夹紧机架13上。

两个定扭矩扳手5安装在扳手支架6上，装在直线导轨8上的扳手支架6在扳手进给气缸7驱动下作前后直线运动。直线导轨8固设于扳手机架9上。

自动上螺栓装置底座34上安装有电磁振动料斗25、振动输料导轨26以及螺栓分离机构，自动上螺栓装置通过输料管29与定扭矩装配螺栓装置相连接。所述的螺栓分离机构包括螺栓分离块27、螺栓分离气缸28、输料管封闭板31和输料管封闭气缸30等。螺栓分离块27在螺栓分离气缸28驱动下作直线运动，用于将连杆螺栓32依次分离入两个输料管29内。输料管封闭板31在输料管封闭气缸30驱动下作直线运动，用于将两个输料管29进螺栓端封闭，完成输料管29封闭后，高压气体介质可推动输料管29内的螺栓沿输料管29内壁滑动进入定扭矩装配螺栓装置螺栓转动机构。

参照图2-8，采用本发明设备对裂解连杆进行定扭矩装配螺栓工作过程按以下步骤进行：

(1)自动上螺栓装置工作步骤

电磁振动料斗25中的螺栓32在电磁铁作用下沿振动输料导轨26逐步传送至螺栓分离块27→当数控扳手5及螺栓转动气缸19返回初始位置后，螺栓分离滑块27在螺栓分离气缸28作用下，先后将两个螺栓32送入两个输料管29中→输料管封闭气缸30带动输料管封闭板31将输料管29封闭→在高压气体作用下，将连杆螺栓32吹入螺栓转动块20中→气管封闭气缸30返回→等待下一工作循环。

(2)定扭矩拧紧装置工作步骤

a)将裂解后的连杆1手工放置于大头孔定块11、大头孔定位活动块10和连杆小头定位块2上。旋转压紧气缸14带动压紧块3边旋转边向下运动，压紧连杆1大头孔上平面上。

b)螺栓旋转块20在螺栓转动气缸19作用下带动螺栓32转动至水平位置，位于初始位置的定扭矩扳手5在扳手进给油缸7作用下前进，通过螺栓转动块20的中心孔，推动连杆螺栓32沿螺栓导向件21、22进入连杆1螺纹孔(过程见图8)；

c)两个定扭矩扳手5先将连杆螺栓32按预定的预拧紧扭矩值拧紧，然后定扭矩扳手5反向旋转，将螺栓松开。

d)连杆盖开合机构的双作用气缸17驱动安装有大头定位活动块10的滑块4向后运动，从而使连杆盖与连杆体分离一小段距离，振动块16在振动气缸15驱动下，高频打击连杆1大头孔上表面，进行振动除渣，高压气体经大头孔定块11上的诸多吹气孔将连杆与连杆盖接合面上的残渣、粉尘清除。

e)两个定扭矩扳手5将连杆螺栓32按预定的终拧紧扭矩值拧紧，将滑块4推回至初始位置，并将连杆盖与连杆体精确复位啮合，双作用气缸17回到初始位置。

f)按设定的终拧紧扭矩值将两个螺栓拧紧后，两个定扭矩扳手5在扳手进给气缸7作用下返回初始位置，螺栓转动块20在螺栓转动气缸19作用下返回初始角度，两个旋转压紧气缸14带动压紧块3，返回初始位置后，可将连杆手工取下，至此，完成一个工作循环。

Claims (8)

1.一种裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，主要由机械系统和气动系统组成，其特征在于，所述的机械系统包括定扭矩螺栓拧紧装置和自动上螺栓装置，其中定扭矩螺栓拧紧装置包括安装在夹紧机架(13)上的连杆定位机构、摆动压紧及振动除渣机构、连杆盖开合机构和螺栓转动及其导向机构，安装在扳手机架(9)上的定扭矩扳手及进给机构，夹紧机架(13)和扳手机架(9)均安装在定扭矩装置底座(12)上；连杆定位机构包括连杆大头定位块和连杆小头定位块(2)及其位置调整机构；所述的自动上螺栓装置包括安装在自动上螺栓装置底座(34)上的电磁振动料斗(25)、振动输料导轨(26)和螺栓分离机构，电磁振动料斗(25)中的螺栓(32)在电磁铁作用下沿振动输料导轨(26)逐步传送至螺栓分离机构，自动上螺栓装置通过输料管(29)与定扭矩螺栓拧紧装置相连接。

2.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的连杆大头定位块分为大头孔定位活动块(10)和大头孔定块(11)，大头孔定块(11)用螺栓及销钉固定在夹紧机架(13)上，大头孔定位活动块(10)用螺栓及定位键与连杆盖开合机构相连接，大头孔定块(11)上开有若干个吹气孔，用于连杆与连杆盖结合面除渣；

连杆小头孔定位块(2)安装在连杆小头定位块位置调整机构上，小头定位块位置调整机构与夹紧机架(13)连接，连杆大头定位块和小头定位块(2)均可更换，且中心距可调，以及两者所在直线与上螺栓方向所成角度在一定范围内可调。

3.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的摆动压紧及振动除渣机构包括两个旋转压紧气缸(14)、两个压紧块(3)、两个振动气缸(15)和两个振动块(16)，旋转压紧气缸(14)安装在夹紧机架(13)上，压紧块(3)分别安装在旋转压紧气缸(14)的活塞杆上，压紧块(3)由旋转压紧气缸(14)驱动作旋转运动和直线运动，振动气缸(15)安装在压紧块(3)上，振动块(16)安装在振动气缸(15)活塞杆上，振动块(16)与连杆大头孔上表面距离可调。

4.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的连杆盖开合机构包括一个由双作用气缸(17)驱动的滑块(4)，连杆大头定位块中的大头孔定位活动块(10)安装在滑块(4)上，滑块(4)由双作用气缸(17)驱动作连杆盖与连杆体分离的直线运动。

5.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的螺栓转动及其导向机构具有一个精确角度转动的螺栓转动气缸(19)和两套螺栓导向机构，其中的螺栓转动气缸(19)驱动螺栓转动块(20)沿固定轴作圆周运动，用于将由高压气体吹来的与水平成一角度的螺栓旋转至水平方向，螺栓转动气缸(19)通过调节转动角度，驱动螺栓转动块(20)作精确角度的旋转运动；

所述的螺栓导向机构包括由上下导向块(21、22)构成的导向段，导向段直径由粗变细，端部与连杆螺纹孔直径相近，由螺栓转动机构旋转至水平方向的螺栓在拧紧扳手头(33)推动下，沿上下导向块(21、22)导入连杆(1)螺纹孔内。

6.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的定扭矩扳手及进给机构包括扳手支架(6)、定扭矩扳手(5)、调整块(37)、手轮(18)及丝杠(35)、扳手进给气缸(7)，两个定扭矩扳手(5)安装在扳手支架(6)上，而扳手支架(6)分别固定连接在两个调整块(37)上，导向轴(36)用于两个定扭矩扳手(5)在X方向调整的导向，与丝杠(35)配合装配的丝母装在调整块(37)上，丝杠(35)与手轮(18)固连，通过转动手轮(18)，调整定扭矩扳手(5)与扳手支架(6)的相对位置，即调整两个扳手的中心距，扳手支架(6)与扳手进给气缸(7)的活塞杆固连，在扳手进给气缸(7)的驱动下，定扭矩扳手(5)可作Y方向的直线运动。

7.根据权利要求1所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的螺栓分离机构包括螺栓分离气缸(28)、螺栓分离块(27)、输料管封闭气缸(30)和输料管封闭板(31)，螺栓分离块(27)具有两个特定的分离凹槽，在分离气缸(28)带动下作直线运动，螺栓分离块(27)的分离凹槽带动连杆螺栓(32)进入输料管(29)，输料管封闭板(31)在输料管封闭气缸(30)带动下作直线运动，将输料管(29)进入螺栓的一端封闭。

8.根据权利要求1或2所述的裂解连杆定扭矩螺栓自动装配设备，其特征在于，所述的连杆小头定位调整机构包括X向调整机构和Y向调整机构，在水平两个方向上进行连杆小头定位块(2)位置的调整，X向调整机构和Y向调整机构均采用丝杠传动的形式，将旋转运动转换为直线运动，采用的螺纹为矩形螺纹。

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