CN103978115A - 高压断路器压气缸铆接工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器压气缸铆接工作站，包括压气缸铆接机机架和铆接模具，所述铆接模具通过其底部的分度盘与所述压气缸铆接机机架相连，所述压气缸铆接机机架包括上面板、下面板和连接在上面板下面板之间的支柱，所述上面板上设置有用于铆接的液压缸，所述铆接模具位于所述上面板上方。本发明所述的高压断路器压气缸铆接工作站吸取了德、法两国的先进经验，加上对国际市场性价比需求等的综合考量，结合我国实际情况研发生产出了性价比高、精度准确、操作方便、价格低廉，能够满足需求的压气缸铆接机，具有较强的市场竞争力，受到很多国家的青睐，具有较好的前景。

Description

高压断路器压气缸铆接工作站

技术领域

本发明涉及高压断路器制造领域，具体而言，涉及一种高压断路器压气缸铆接工作站。

背景技术

压气缸是当今应用于电力行业的高压断路器中的一个核心部件。在国内和国际高压电网全面发展的今天，其生产效率和生产成本的高低决定了高压断路器在国际市场上的竞争力的高低。高压断路器压气缸铆接工作站（又称压气缸铆接机）是压气缸装配过程中不可或缺的一个重要组成部分，其性能优劣、精准程度高低对压气缸的装配质量起到关键作用。为了提高压气缸的生产效率，德国、法国、印度、中国等国家一直在对压气缸的装配方法和治具进行改进和优化。

最先研究开发压气缸铆接机的是德国。德国是一个经济和科技都很发达的国家，因此在设计研发出的压气缸铆接机其自动化程度高，设备功能齐全，操作简便，加工定位非常准确。但其设备安装复杂，维修保养较为困难，对生产环境要求过高，特别是设备相当昂贵。就工作过程来讲，德国生产的压气缸铆接机技术较先进，利用一个压气缸模具可以实现对压气缸三处的一次性铆接，大大提高了生产效率，使操作更加便捷，自动化程度较高，功能较完善，同时，其分度转盘采用目前世界上高尖端技术制成，精度较高，性能较好。法国生产的压气缸铆接机技术稍逊于德国，在产品性能和精度各方面也次于德国。在亚洲，印度对压气缸铆接机也有研发，其研发的铆接机结构比较简陋，造价低廉，虽然基本操作都能完成但其定位不准确，导致次品报废品非常多。印度生产的压气缸铆接机在各个层面都远远落后于德、法两国。

以德国研发的压气缸铆接机为例，其铆接精度较高，产品性能较好，技术先进，操作简便，单个模具可实现对压气缸的多处铆接，操控性好，德国的铆接机所使用的分度转盘内部采用的是压力传感器，这是其铆接精度较高的根本原因之一，但随之带来的弊端就是成本太高，不被绝大多数国家所采纳；相比之下，法国在性能技术等各方面略逊于德国，成本大概为德国的一半左右；印度生产的压气缸铆接机价格便宜，但技术和精度都不高，性能方也与德、法不可相比。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种高压断路器压气缸铆接工作站，吸取德、法两国的先进经验，结合我国实际情况研发生产出了性价比高、精度准确、操作方便、价格低廉，能够满足需求的压气缸铆接机工作站。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种高压断路器压气缸铆接工作站，包括压气缸铆接机机架和铆接模具，所述铆接模具通过其底部的分度盘与所述压气缸铆接机机架相连，所述压气缸铆接机机架包括上面板、下面板和连接在上面板下面板之间的支柱，所述上面板上设置有用于铆接的液压缸，所述铆接模具位于所述上面板上方。

优选的，所述铆接模具与所述分度盘之间连接有模具底座。

进一步的，所述液压缸通过油缸座连接在所述上面板上。

优选的，所述的油缸座下方设置有支座，所述支座位于所述上面板和下面板之间。

进一步的，所述铆接模具包括模具体和连接在模具体上的冲压单元，所述模具体中间为轴向设置用于容纳工件的圆柱体空腔，所述冲压单元的冲头可径向冲入所述空腔。

本发明的有益效果是:

1、本发明所述的高压断路器压气缸铆接工作站吸取了德、法两国的先进经验，加上对国际市场性价比需求等的综合考量，结合我国实际情况研发生产出了性价比高、精度准确、操作方便、价格低廉，能够满足需求的压气缸铆接机，具有较强的市场竞争力，受到很多国家的青睐，具有较好的前景。

2、本发明利用机架下的分度转盘的转动带动模具转动，每转一次液压缸同时伸缩一次，冲头实现铆接一次，精确高效的实现铆压。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为高压断路器压气缸铆接工作站示意图；

图2为压气缸铆接机机架示意图；

图3为铆接模具示意图；

图4为冲头连接关系示意图。

图中标号说明：1、压气缸铆接机机架，11、上面板，12、下面板，13、支柱，14、液压缸，15、油缸座，16、支座，2、铆接模具，21、模具体，211、空腔，22、冲压单元，221、冲头，3、分度盘，31、模具底座。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1、图2所示，一种高压断路器压气缸铆接工作站，包括压气缸铆接机机架1和铆接模具2，所述铆接模具2依次通过其底部的模具底座31、分度盘3与所述压气缸铆接机机架1相连，所述压气缸铆接机机架1包括上面板11、下面板12和连接在上面板11下面板12之间的支柱13，所述上面板11上设置有三个用于铆接的液压缸14，所述铆接模具2位于所述上面板11上方。

所述的液压缸14通过油缸座15连接在所述上面板11上。所述的油缸座15下方设置有支座16，所述支座16位于所述上面板11和下面板12之间。

参照图3、图4所示，所述铆接模具2包括模具体21和连接在模具体21上的冲压单元22，所述模具体21中间为轴向设置用于容纳工件的圆柱体空腔211，所述冲压单元22的冲头221可径向冲入所述空腔211。

压气缸铆接机机架1的上面板11和下面板12采用45钢材料制成，考虑到上下面板特别是上面板12所支撑的零件较多，力直接作用于整个上面板12上，所以对上面板12材料机械性能要求较高，因此在满足使用需求的前提下选用45钢较为合适，其机械性能好，便于加工。同样的，支柱13也采用45钢材料制做。

压气缸铆接机机架1的支座16采用Q235材料加工而成，由于其直接对上面板11及上面板11上所有的零件的支撑，对支座16的结构设计要求较高。因此，设计出支座上下为厚度20mm的撑板，中间为薄竖板和肋板构成的H形截面，这样设计可以起到很高的物理支撑的作用，比较可靠。

压气缸铆接机机架1上的油缸座15和液压缸支撑块都是用45钢材料制成，由于二者作用是为了支承和固定液压缸14的，在压气缸铆接机工作时，液压缸14会顶出活塞杆对冲压单元22施加几吨的力，为了使液压缸14稳定工作、精准施压，对油缸座15及液压缸支撑块的机械性能要求较高，因此选用综合机械性能高、加工性能好的45钢作为材料。

液压缸14采用美国恩派克公司研制生产的液压油缸，油缸流量可达700kg/cm2，最大压力值为10t，液压冲头直径为4寸。其优点是导向性好，可靠性较强，能充分满足压气缸铆接机的工作要求。

考虑到焊接会使整个机架成为一个固定的整体，在焊接过后面板的平行度不高而又不便调整。决定采用单独加工，后进行装配，用螺栓连接，便于调整，也方便拆装运输等。在液压缸14数量选择和选择如何分布的问题上有过调整。德国研发的压气缸铆接机只用了一个液压缸，这对技术的要求较高，若采取普通技术很容易使被铆接的液压缸缸体变形，对铆接精度产生巨大的影响。而若采用安装两个液压缸，也会使液压缸变形。经方案筛选，最终决定采用三个液压缸，两两之间夹角1200围绕铆接模具分布，这样设计的优点是从三个方向往中间同时铆接压气缸缸体受力均匀不易变形，而且三个同时铆接也大大提高工作效率。

法国研发的冲头221是安装在液压缸14上的。由于冲头221在运行过程中有时会卡在模具体里，这样会导致破损、拆卸困难，造成一定的经济损失。为了解决冲头没导向及寿命短等问题，通过改进，设计出冲压单元22。

冲压单元22作为一个整体。当部分零件损坏时，只需要更换相应部件，这样既方便，又降低了成本。冲压单元内包括垫板、固定板、冲头221、拉伸元件、限位套等都是冲压单元的重要组成部分。

垫板是装在冲压单元22的最底部，它是为不把力直接施加在固定板而设计来的。如果把力施加在垫板上，就可以达到受力均匀。

固定板是位于冲压单元22的中间部分。它安装在垫板上。在压气缸铆接机工作时，冲头会受到力的作用，为了防止冲头脱落，固定板必须锁住冲头。因此它是为了与冲头相紧配而设计出来的。

冲头221是冲压单元22的核心部分，本发明设计的冲头221有三要素：导向、脱料，固定。冲头211下部设计有台阶，这是为了与固定板紧固。另外，径向尺寸与其它零件内孔相配合，达到导向作用。

拉伸元件在冲压单元22中起到拉回冲头的作用，它是冲压单元22不可缺少的一部分。它位于固定板和限位套之间。本设计中主要采用弹簧，也可以选择其它弹性元件，例如：橡胶，聚氨脂。

导向板处在冲压单元22的最前端，它前端的圆柱套与模具体的周边内孔相配合，起到固定和导向的作用。

另外，为了防止压力施加过大造成超程，还设计了限位套。同时，还设计了底盘，用于在模具总体中起支撑和带动的作用，它与机架相连，尺寸与机架上的凹槽相配合。

在设计的过程中，由于考虑到冲头221能不能布局，冲压力以及定位等因素。设计出三种冲头布局方案：

（1）一个冲头，模具体受力，受力变形；效率极低。

（2）二个冲头，效率低，两边膨胀变形。

（3）三个冲头，成120度分布，分布合理，受力均匀。压的次数少，费用不高。

由此可见，第三种方案最合理。

分度盘3主要有通用分度头和光学分度头两类。通用分度盘按分度方法和功能可分为3种：

（1）万能分度盘：用途最为广泛。主轴可在水平和垂直方向间倾斜任意角度。分度机构由分度盘和传动比为1：40的蜗杆-蜗轮副组成，分度盘上有多圈不同等分的定位孔。转动与蜗杆相连的手柄将定位销插入选定的定位孔内，即可实现分度。当分度盘上的等分孔数不能满足分度要求时，可通过蜗轮与主轴之间的交换齿轮改变传动比，扩大分度范围。在铣床上可将万能分度盘的交换齿轮与铣床工作台的进给丝杠相联接，使工件的轴向进给与回转运动相组合，按一定导程铣削出螺旋沟槽；

（2）半万能分度盘：结构与万能分度头基本相同，但不带交换齿轮机构，只能用分度盘直接分度,不能与铣床工作台联动；

（3）等分分度盘：一般采用具有24个槽或孔的等分盘，直接实现2、3、4、6、8、12、24等分的分度，立式和立卧式2种。立卧式的底座带有两个互相垂直的安装面，主轴可以处于水平或垂直位置。通用分度盘的分度精度一般为±15″。

（1）气压、油压、信号或电气信号配合（电磁阀、PLC）控制回路，整套即可使用。精度正负15秒，（0.02高速的精度）不会有误差生成。 

（2）分度盘运动状态时，分度盘面依照工艺需求分割等份旋转，盘面无升降起伏变化。 

（3）反应速度快，可与攻牙机、钻床、铆钉机、超声波、烫金、丝印、移印、CNC数控加工或其它工作机配合，形成自动生产、加工、组装。 

（4）其工作位调整简单，标准等份有4、6、8、12、24、48等，特殊分割可另行制造分度盘旋转盘面可根据工艺需要在360°范围内，顺时针或逆时针方向依次转动。转盘直径标准套餐有：140 180 250 320 400。

（5）负载后惯性大时，亦无移位之现象。

设计分度盘应符合以下基本原则：

（1）满足用户提出的有关使用条件的要求。

（2）有足够长的使用寿命（应理解为分度盘需要大修时间间隔的长短），足够高的使用可靠性（应理解为分度盘被迫停车的次数）。

（3）有较高的运转经济性。

（4）有良好的动力平衡性。

（5）维护检修方便。

（6）制造工艺性良好。

利用电动机和减速机作为动力元件的分度盘，电动机带动齿轮旋转，再在旁边装有一个传感器检测，当转盘转过一定角度时，传感器发出信号，减速机开始工作，使转盘减速，在到达所需位置时停止转动。这种分度盘比较容易实现，价格也较低，但是这种分度盘精确度不高，所以不考虑用这种动力的分度盘。

分度盘再通过改进就是利用制动电动机作为动力元件，这种分度盘在不工作时是有一种像刹车一样的东西将转盘卡住，在工作时刹车打开，电动机带动转盘转动，再有传感器检测，在到达一定位置时开始制动，停住转盘，这种动力的分度盘价格也较便宜，容易实现但是这种分度盘电器可靠性不是很高，容易损坏，如果制动装置失灵，在电动机工作时，转盘被卡死就会导致事故，设备更换起来不太方便。

在德国，分度盘是利用伺服马达作为动力元件，这种分度盘在工作时是伺服马达带动直齿轮旋转，直齿轮在带动齿轮旋转，在转盘转过一定角度时停止工作，如此往复。这种转盘有很高的精确度，但是造价很高，不是很经济，所以不予采用。

综上所述，我们改进传统分度盘的不足，保留分度盘的基本进行优化设计，采用气动棘轮作为动力元件，由气缸的伸缩带动棘轮旋转，棘轮再带动转盘工作，如此往复。这种分度盘是通用设备，适应性强，满足需要，性价比高，可以采用。

棘轮机构将连续转动或往复运动转换成单向步进运动。棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑过，棘轮停止转动。为了确保棘轮不反转，常在固定构件上加装止逆棘爪。摇杆的往复摆动可由曲柄摇杆机构、齿轮机构和摆动油缸等实现，在传递很小动力时，也有用电磁铁直接驱动棘爪的。棘轮每次转过的角度称为动程。动程的大小可利用改变驱动机构的结构参数或遮齿罩的位置等方法调节，也可以在运转过程中加以调节。如果希望调节的精度高于一个棘齿所对应的角度，可应用多棘爪棘轮机构。

机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆，棘爪，棘轮、止回棘爪和机架组成。主动件空套在与棘轮固连的从动轴上，并与驱动棘爪用转动副相联。当主动件顺时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定角度，此时，止回棘爪在棘轮的齿背上滑动。当主动件逆时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生逆时针方向转动，而驱动棘爪却能够在棘轮齿背上滑过，所以，这时棘轮静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。

分度盘标准等份有4、6、8、12、24、48等，特殊分割可另行制造分度盘旋转盘面可根据工艺需要在360°范围内，顺时针或逆时针方向依次转动。

压气缸的三个工位在铆接时是有六个和十二个铆接位置，所以在确定一次铆接的次数时应该选择的是六和十二的公约数。一次只铆接一个位置这种方案是绝对不会去选择的，缺陷太多。如果一次铆接两个位置，这种方案时间会加长，而且两个位置在铆接时工件容易变形，原来是圆形的在铆接后就有可能变形成为椭圆的形状。所以最终选用一次铆接三个位置的方案，所以根据要求选用分度为十二等分的分度盘。

气动分度盘根据不同的运用需求已形成了，IT（基本型）、ST（加强型）、CT（紧凑型）、HT（卧式）等众多系列，每个系列又有不同大小规格。根据铆接机要求选用ST立式系列气动转盘，规格为ST-250。

分度盘是安放在支架的底座上的，而模具是放在支架的上板，分度盘连接模具时中间需要一个套筒样件。但分度盘中心轴线与模具轴线不可能在同一直线上，若直接连接套筒的话，在旋转时则会受到损坏，所以设计了一个像联轴器一样的方案，在分度盘和套筒之间加一个类似于法兰盘的物件。套筒和法兰盘用螺钉连接，分度盘和法兰盘之间用圆柱销定位连接。若只用圆柱销也容易造成损坏，所以在圆柱销外套一层聚源脂,，它具有一定的弹性变形量，可以减小损坏，而且聚源脂寿命长，不易损坏，有良好的经济性。

套筒与支架上板是一种滑动连接，套筒上端是挂在支架上板上进行滑动旋转的，所以在工作时，摩擦比较大，这样就容易损坏，需要经常更换，缺少经济性。所以需要进行比较经济性的改进来减小摩擦，就在径向和轴向放了一种叫特氟龙的物质，它可以减小摩擦系数，提高了转轴精度，使铆接机工作起来更加稳定，体积小，造价低，很有经济性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高压断路器压气缸铆接工作站，其特征在于：包括压气缸铆接机机架（1）和铆接模具（2），所述铆接模具（2）通过其底部的分度盘（3）与所述压气缸铆接机机架（1）相连，所述压气缸铆接机机架（1）包括上面板（11）、下面板（12）和连接在上面板（11）下面板（12）之间的支柱（13），所述上面板（11）上设置有多个用于铆接的液压缸（14），所述铆接模具（2）位于所述上面板（11）上方。

2.根据权利要求1所述的高压断路器压气缸铆接工作站，其特征在于：所述铆接模具（2）与所述分度盘（3）之间连接有模具底座（31）。

3.根据权利要求1所述的高压断路器压气缸铆接工作站，其特征在于：所述的液压缸（14）通过油缸座（15）连接在所述上面板（11）上。

4.根据权利要求3所述的高压断路器压气缸铆接工作站，其特征在于：所述的油缸座（15）下方设置有支座（16），所述支座（16）位于所述上面板（11）和下面板（12）之间。

5.根据权利要求1所述的高压断路器压气缸铆接工作站，其特征在于：所述铆接模具（2）包括模具体（21）和连接在模具体（21）上的冲压单元（22），所述模具体（21）中间为轴向设置用于容纳工件的圆柱体空腔（211），所述冲压单元（22）的冲头（221）可径向冲入所述空腔（211）。