柴油机曲轴专用放置转运架设计与制作.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 157 柴油机曲轴专用放置转运架设计与制作 张良德1 樊 磊2 王忠峰1 荆 涛2 王 云2 1.淄柴动力有限公司，山东 淄博 255000 2.淄柴机器有限公司，山东 淄博 255000 摘要：摘要：曲轴作为柴油机的关键零部件之一，各项尺寸和精度要求都非常高，尤其是曲拐轴颈与主轴颈，公差为0.029mm，同时曲轴的加工需要经过多道工序1，在各工序加工过程中，每加工完成一道工序需要转移至下一道工序，并且加工完成的曲轴需要放置在现场，等待转出车间。此前曲轴工序转移是靠吊车一条一条的吊运或者集中在转运框中进行转运，这样既浪费时间又会造成曲轴之间相互接触、甚至发生碰撞，使曲轴产生磕碰伤，并且曲轴一根根平铺在车间现场，占据了大面积的空间。为了解决以上问题，设计并制作了多层曲轴放置转运架，提高曲轴转运效率的同时能避免曲轴之间相互接触碰撞，并且可以满足节省放置空间的要求，改善现场环境。关键词：关键词：柴油机；曲轴；多层；放置架；效率；美观 中图分类号：中图分类号：TH-39 0 引言 曲轴是柴油机中最重要的部件，本公司自主生产多种类型的船用柴油机大型曲轴，曲轴回转半径 300mm,长度为 1750mm，各个类型的曲轴轴径还都不相同。曲轴加工主要包括毛坯检查，粗车主轴颈、连杆颈加工、精车主轴颈、连杆颈加工、粗磨主轴颈加工、精磨连杆颈、主轴颈加工、抛光、组装等多道工序2，工序加工周期较长，零部件需要在各工序之间转运，同时加工完成的曲轴需要放置，因此设计了此曲轴放置架。此曲轴专用放置转运架有效解决了传统收集框转移曲轴造成曲轴磕碰伤问题，同时缩短曲轴各工序转运时间的问题。同时，由于该曲轴放置架采用金字塔式模式，为多层立体放置，可以缩减曲轴放置所占区域，有效改善了现场环境。1 概述 设计制作的此曲轴放置转运架，具体是一种用于转运曲轴，同时可以满足现场放置曲轴的放置架。本发明专利是为了提高曲轴转运效率，同时能避免曲轴之间相互接触碰撞，并且可以满足节省放置空间的要求，改善现场环境。使用该放置架后，实现了高效转运，转运效率提高了 4 倍，同时有效避免了曲轴相互碰撞产生的磕碰伤，U 型架采用槽钢焊接后用尼龙条加固，这样，更有效的避免曲轴与 U 型架之间的磕碰，保证了曲轴的加工质量。并且立体放置，节约了现场 2/3 的空间面积，美化了现场环境。空间放置还有一优势，方便查找，1.方便查找曲轴编号，给后序转运带来便利，2.方便核查相关质量缺陷，平面放置有一拐面着地，使工件与地面贴合，不方便查找轴号及部分隐患，使用该放置架后，解决了此问题现象。2 曲轴的机构特点及技术要求 2.1 曲轴的基本参数 某机型曲轴基本参数见表一，曲轴的化学成分及含量见表二。表 1 曲轴基本参数 材料 毛重/kg 净重/kg 曲轴轴径/mm 曲轴长度/mm 硬度/HBW QT300 800 730 220 2230 170 240 表 2 曲轴的化学成分及含量 化学成分 C Si Mn P S B 含量 3 35 2.02.5 0 812 0.30.5 0.1 0.05007 普遍使用的曲轴材料主要有锻钢和球墨铸铁两类。1）锻钢材料一般为中碳钢和中碳低合金钢,如 45钢、53 钢、35CrMo、40Cr 等。球铁曲轴牌号有 QT600-中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 158 3、QT700-2、QT800-2、QT900-2、QT900-5。工业强国的球铁生产比重较大。2）尽管我国的铸铁产量居世界第二位,但其中球铁产量所占比重(17.8%)远低于法国(48.3%)、日本(40.0%)、美国(39.4%)、英国(36.7%)、德国(35.1%)、意大利(21.6%),也低于世界平均水平(28.2%)。因此，我国有待于加强球铁生产技术的研究,进一步拓宽球铁的应用领域。特别是在国有汽车工业的开发中,显得尤为重要。总的说来,曲轴用材料的发展趋势是,以球铁曲轴替代锻钢曲轴,以铸态珠光体球铁曲轴替代热处理曲轴。2.2 曲轴的结构特点 曲轴是主要运动零部件，曲轴主轴颈放置在机体主轴承孔内，在内做旋转运动，曲柄颈与连杆大孔连接，使承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动，产生压力，从而推动其他作用的运动。曲轴是发动机上的一个重要的零部件，曲轴材质的选择对发动机的性能和寿命有着重要的影响，常见的曲轴材料有碳素结构钢、球墨铸铁和铝合金等，碳素结构钢曲轴具有较高的强度和钢性，但制造难度大，加工成本及制造成本高；球墨铸铁曲轴具有良好的耐磨性和钢性，但重量大，惯性大，相对来说功率较低；材质的选择应该根据发动机的具体需求来确定，一般来说，高功率、高转速的发动机需要选择强度高、耐磨性好的曲轴材料；低功率、低转速的发动机可以选择成本底的材料。此外，曲轴的过程加工质量及热处理对材料的性能和寿命也有重要影响。曲轴的旋转是发动机的心脏，产生动力的源泉，也是整个机械系统的源动力。曲轴的结构外形如图一所示。目前，国内曲轴生产线多数由普通机床、专用机床和外圆磨床等设备组成，生产效率和自动化程度相对较低3-4。受铸造因素制约，曲轴轴颈粗加工设备多使用普通车床，采用合金焊接刀具加工，车削曲轴主轴颈及连杆颈面、台及轴颈尺寸，因毛坯铸造不均，存在偏档及偏心的现象，在加工中存在很大的抗力，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。后序采用数控车床对各尺寸进行进一步精加工，使各尺寸保持一致，R 角规范一致，给后序磨床加工打好基础。精磨加工采用 MQ8260 等曲轴外圆磨床进行粗磨-半精磨-精磨，精磨后的粗糙度距使用要求还略有差距，所以，磨床加工后还要进行高转速抛光，此工序只为提高零部件的粗糙度要求，对尺寸及形位公差不发生改变，此抛光工序采用专机手工操作。图 1 曲轴的外形结构 3 曲轴的加工工艺流程 为提高曲轴加工质量，改变工艺水平落后的现状，工艺方案采用先进设备及工艺装备，使工序集中，缩短工艺流程，减少设备、人员的投入5-6，再结合国内、外曲轴专业制造厂家的工艺流程，根据设备、刀具及工装使用，确定了曲轴加工工艺流程方案。受工件长度影响，在加工主轴颈和连杆颈时存在颤刀现象，严重时会导致刀具损坏，甚至造成工件扎刀，特别是在精车主轴颈时，如工件颤动厉害，需要增加中心架等辅助设备减轻工件颤动的现象，确保零部件加工质量。工件进行磨削时，首先，对需要支撑中心架的轴颈进行磨削，轴颈磨圆后进行中心架支撑，支撑力度根据工件的测量尺寸进行酌情加减，避免精磨后出现轴颈椭圆的现象；。主轴颈精磨时建议在支撑中心架后再顶双头螺栓加以紧固，预防工件在磨削时发生扭曲、形变等现象而造成工件发生质量隐患。抛光工作尤为关键，它可以直接提高轴颈表面的粗糙度，对各尺寸公差几乎不造成变化，用不同粒度的砂布带进行粗抛和精抛两道工序，使轴颈的光洁度、粗糙度再一次升华。后期加工由于在前面都已经精磨完工，要对各轴颈要进行防护，不能因吊装、夹紧等造成工件磕碰，加工完后要进行工件防锈工作，不能在工件表面及加工面出现锈蚀，建议在喷涂防锈油后用油纸或专用防锈纸进行包装。目前在大多数曲轴的生产制造中，由于受资金、技术、设备等条件的影响，加工工艺采用的是单机、工序分散、流水线的生产方式7，每道工序都需要转运，中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 159 因此设计制作一种为了提高曲轴转运效率，同时能避免曲轴之间相互接触碰撞，并且可以满足节省放置空间的要求，改善现场环境的放置架是必然要求。4 该曲轴放置转运架的工作原理 此放置架要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供多层曲轴放置转运架，提高曲轴转运效率，同时此放置架能避免曲轴之间相互接触碰撞，预防磕碰伤的产生，并且可以满足节省放置空间的要求，改善现场环境。多层曲轴放置转运架，包括安装架以及曲轴固定装置。采用金字塔式结构，安装架的层数大于等于一层，每层固定有至少一个曲轴固定装置，此结构优势在于稳固、美观，提高现场管理水平。曲轴固定装置包括固定架以及紧固螺栓。固定架为倒立的 U 型架，固定架两个垂直面上均设有若干个孔，紧固螺栓穿过孔。紧固螺栓包括螺栓以及前端头。前端头一侧端面上凹设有螺孔，螺栓的螺柱部分穿过孔后与前端头的螺孔螺纹连接。前端头为圆台状，前端头的轴线水平布置，前端头外径大的圆形端面上凹设有螺孔。孔为螺孔，螺栓与孔螺纹连接。孔为螺孔或通孔。固定架两个垂直面内测端面上均凹设有凹槽。凹槽内部插设有立柱，立柱上设有若干个螺孔，螺孔与孔一一对应。螺栓穿过螺孔、并与螺孔螺纹连接，前端头位于两个立柱之间。每根立柱上所有的螺孔轴线位于同一个垂直面上。每根立柱上螺孔的数量大于等于 2。固定架底部水平面向下内凹有凹槽，固定架两个垂直面以及水平面上的凹槽贯通连接。水平面上凹槽内部设有底座，立柱与底座连接。底座顶面中心两侧对称内凹有至少两个插槽，立柱底面固定有卡块，卡块插设至插槽内部。插槽下方贯通连接有卡槽，卡块与立柱底面之间固定有转杆，卡块插入到卡槽内部，转杆设置于插槽内部。5 该曲轴放置转运架的具体实施方式 多层曲轴放置转运架，包括安装架 2 以及曲轴固定装置，具体如图三所示。安装架 2 的层数大于等于一层，每层固定有至少一个曲轴固定装置。本实施例中，安装架 2 为框架式结构，整体焊接成型。为了提高空间利用率，有效的减少曲轴摆放所占用的面积，安装架 2 采用上中下三层，最顶层上固定有一个曲轴固定装置，下面两侧分别固定有两个曲轴固定装置，三层曲轴固定装置呈三角形排列。为了便于安装架 2 移动，安装架 2 下方设有若干个万向轮 1，万向轮 1 采用现有技术，带有止推片。曲轴固定装置包括固定架 6、紧固螺栓 3、立柱 4以及底座 5。固定架 6 为倒立的 U 型架，包括两个垂直面以及一个水平面。固定架 6 两个垂直面上均设有若干个孔 602，紧固螺栓 3 穿过孔 602。紧固螺栓 3 包括螺栓 301 以及前端头 302，所述的前端头 302 一侧端面上凹设有螺孔，螺栓 301 的螺柱部分穿过孔 602 后与前端头 302 的螺孔螺纹连接。所述的前端头 302 为圆台状，前端头 302 的轴线水平布置，前端头 302 外径大的圆形端面上凹设有螺孔。孔 602 为通孔或螺孔，若是螺孔，螺栓 301 与孔 602 螺纹连接。固定架 6 两个垂直面内测端面上均凹设有凹槽 601，固定架 6 底部水平面向下内凹有凹槽 601，固定架 6 两个垂直面以及水平面上的凹槽 601 贯通连接。为了简化生产工艺，固定架 6 的水平面以及两个垂直面均采用同等规格的槽钢焊接而成，槽钢自带凹槽 601。两个垂直面的凹槽601 开口相对布置。凹槽 601 内部插设有垂直布置的立柱 4，所述的立柱 4 上设有若干个螺孔 401，螺孔 401的数量大于等于两个，螺孔 401 与孔 602 一一对应。本实施例中，每根立柱 4 上设有两个螺孔 401，每根立柱 4 上所有的螺孔 401 轴线位于同一个垂直面上。螺栓 301 穿过螺孔 401、并与螺孔 401 螺纹连接，前端头302位于两个立柱4之间。为了便于将立柱4固定不动，固定架 6 底部水平面的凹槽 601 内部设有底座 5，立柱4 与底座 5 连接。立柱 4 可以通过螺栓与底座 5 固定连接，但为了安装使用方便，本实施例采用插拔的方式将两者连接。底座 5 顶面中心两侧对称内凹有至少两个插槽 501，插槽 501 下方贯通连接有卡槽 502。立柱 4 底面固定有卡块 403，卡块 403 与立柱 4底面之间固定有转杆 402。插槽 501 的形状为矩形，卡槽 502 的形状为圆形，卡槽 502 将插槽 501 完全覆盖。卡块 403 的外形与插槽 501 的形状相同，转杆 402 为圆柱形，直径与卡块 403 宽度相同。将卡块 403 通过插槽 501 插入到卡槽 502 内部，此时转杆 402 设置于插槽 501 内部。然后旋转立柱 4，卡块 403 与插槽 501之间的夹角大于 0小于 180，这样立柱 4 就不会脱离底座 5。优选的，卡块 403 旋转 90。卡块 403 插中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 160 入到卡槽 502 内部，转杆 402 设置于插槽 501 内部。图 3 柴油机曲轴专用放置转运架装置示意图 6 该放置转运架的实施效果 该放置架的使用使曲轴实现空间放置，放置更有规律性，零部件转运效率较之前有明显提高，实现了高效转运，转运效率提高了 4 倍，同时更有效避免了曲轴相互碰撞产生的磕碰伤，保证了曲轴的加工质量。并且零部件空间放置，摆放有立体感、层次分明，节约了现场 2/3 的空间面积，美化了现场环境。7 结束语 经过一段时间的使用验证，证明该装置能有效降低转运时间，实现高效转运曲轴，并且具有一定的通用性，工件放置使用更方便快捷，大大缩减了工件的转运时间，降低劳动强度，提高效率。并且，空间放置，节约了现场空间面积，由于可以避免转运时产生相互碰撞，间接提高了曲轴的加工质量。参考文献 1陈明主编.机械制造工艺学M.北京:机械工业出版社,2005.2陈宏钧主编.实用机械加工工艺手册(第 2 版)M.北京:机械工业出版社,2004.3郭进举,李锋,于海渤,等.机体凸轮轴承孔加工工艺新方法J.内燃机,2008(6):96.4张艳飞.柔性制造系统在中高速柴油机机体生产中的应用研究J.科学技术,2013(5):188-189.5黄翔,张爱华.大型龙门铣床身的安装及精度调整J.江苏冶金,2002(5):54-55.6杨建华.WPl3 柴油机气缸体工艺研究及实施D.长春:吉林大学硕士学位论文,2017.7汤张仙,范亚祖,等.用柔性加工单元加工柴油机机体J.机床.1991(3):54-57.8王芳.柴油发动机缸体缸孔精加工工艺试验研究D.天津:天津大学,2014.作者简介：作者简介：张良德（1978），男，山东淄博人，本科，工程师，柴油机工艺工程师。