一种轨道车辆侧墙铝型材自动组装、翻转、焊接工装的制作方法

1.本发明涉及工艺装备技术领域，具体涉及一种轨道车辆侧墙铝型材自动组 装、翻转、焊接工装。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.目前，在投入运行的轨道车辆中，采用中空挤压铝合金型材为最新材料的车 厢结构，由整体式大纵向长度的挤压铝合金型材组装焊接而成。侧墙作为车厢 重要的结构之一，其焊接质量直接关系到车体最终结构能否达到设计及使用要 求，同时侧墙还影响到高速列车的使用寿命周期，以及后续的安全运行情况。 而影响焊接质量的因素主要有：中空挤压铝合金型材坡口处的氧化膜焊接前是 否打磨干净；中空挤压铝合金型材组装时是否精准无误差；焊接时是否能够精 准控制焊接参数这三个因素。对于焊接参数的控制主要由焊接机械手进行控制， 可以满足对焊接参数的精准控制。
4.针对中空挤压铝合金型材组装时是否精准无误差这一因素上，传统组装型材 时需要人工辅助干预，当依次吊装1
‑
5号型材至自动焊反位工装上，根据图纸 划线，用于组装时的定位，当操作工人将中空挤压铝合金型材辅助安放到组装 型材工位上后，进行安装，检查所有插口无错边后，启动拉挠装置，同时调整 压在上边梁上的压紧器，确保能贴合定位块，最后将压紧器置压紧状态。该装 配夹紧过程具有先后顺序，是先将型材按照辅助划线的定位方法进行安装，顺 序为上边梁型材、窗上型材、窗间型材、窗下型材、下边梁型材的安装顺序， 其组装时的装配基准为安装顺序上的上一块型材。由于该方式本身就由人工参 与，会有误差的产生，随着装配基准的改变，误差会进一步叠加，导致后续焊 接时焊缝的均匀性，从而影响侧墙整体的结构强度。安装完成后的型材再进行 夹紧焊接的步骤，虽然符合组焊时的逻辑关系，但是，在时间利用效率上还可 以进行改善，来获得更大的时间效益。
5.综上所述，对于传统组装侧墙型材工序，由天车吊运依次吊运五块型材置组 装工位，而由于组装时装配基准的变化，加上人工辅助装配的原因，会导致装 配误差的存在，需要花时间对组装型材进行调整。若是没有消除误差，在后续 的焊接中会影响焊缝的均匀性，从而降低侧墙整体的结构强度，车辆运行时会 出现车身结构性损坏的严重事故。焊接工序为反位组装焊接再到正位焊接，之 间需要整体对型材实施翻转，将侧墙在空中翻转为正位，并吊入正位工装。侧 墙吊运时，至少三个工人从不同的角度观察，避免碰撞工装。翻转时侧墙旋转 的下边必须使用尼龙保护块，防止翻转时侧墙型材发生弯曲，注意避免电缆缠 绕翻转机，此过程严重消耗人力与时间，也存在很大概率的反位焊接处变形。 因为反位焊接后的冷却，并且无外力固定侧墙整体，从而出现焊缝冷却收缩变 形，这样便需要后续的二次调修，导致人力，财力，与时间的三重消耗，所以 急需对其工序装备进行改进。


技术实现要素：

6.本发明正式为了解决上述问题，所提出的一种轨道车辆侧墙铝型材自动组 装、翻转、焊接工装。该组装翻转焊接工装具有组装、翻转两种功能，能够对 安放的型材实施锁止过程时，再对其进行型材组装，不仅仅型材之间装配精准， 而且降低了型材组装时的装配基准数量，更进一步的实现了精准装配。同时， 翻转功能能将反位焊接好的型材，直接原工位上实现翻转，不仅仅解决了定位 的问题，更极大的释放了人力与时间，并消除了后期二次火焰调修工序。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明提供了一种轨道车辆侧墙铝型材自动组装、翻转、焊接工装；包括升 降机构、支撑翻转装置、自动组装侧墙型材装置和自定位锁止装置；
9.所述的支撑翻转装置安装在升降机构上；所述的自动组装侧墙型材装置安装 在支撑翻转装置上，自动组装侧墙型材装置包括侧墙形支撑钢梁和安装在侧墙 形支撑钢梁顶部的无杆气缸轨道平台和固定座；所述的无杆气缸轨道平台和固 定座上安装由自定位锁止装置。
10.所述的自定位锁止装置包括自定位基座和锁止装置，所述自定位基座包括 外壳体，在所述外壳体内设有两个对称设置的自定位支撑，在两个自定位支撑 与车辆铝型材配合的面上设有滚轮，且两个自定位支撑的滚轮之间形成v字形 夹缝；在外壳体的一侧设有锁止装置。
11.作为进一步的技术方案，所述的锁止装置为锁止气缸，在所述的外壳体的 侧面设有供锁止气缸活塞杆穿过的孔，实现型材安放后，对安装在型材上的自 定位装置的锁止，从而保证了型材在升降、翻转，组装时的可靠稳定与精准性。
12.作为进一步的技术方案，所述的自动组装侧墙型材装置主要由侧墙形支撑钢 梁作为主体支撑，在侧墙形支撑钢梁上安装有无杆气缸轨道平台和固定座。这 里，侧墙形支撑钢梁的设计是根据安装有自定位装置的侧墙型材组合的横截面 来确定的。无杆气缸轨道平台作为组装的主动驱动源，精确实现型材的装配。
13.作为进一步的技术方案，所述的升降机构包括结构相同的第一升降机构和 第二升降结构，支撑翻转装置的两端固定在第一升降机构和第二升降结构上。
14.作为进一步的技术方案，第一升降机构和第二升降结构为链轮链条升降机 构。
15.作为进一步的技术方案，所述的支撑翻转装置包括结构相同的第一支撑翻 转机构和第二支撑翻转机构，第一支撑翻转机构安装在第一升降机构上，第二 支撑翻转机构安装在第二升降结构。
16.作为进一步的技术方案，所述第一支撑翻转机构和第二支撑翻转机构各自 包括电机，电机与联轴器相连，联轴器驱动轴转动，轴带动太阳齿轮的转动， 大齿圈固定不动，安装在大齿圈与太阳齿轮之间的圆周分隔120
°
的行星齿轮绕 着太阳齿轮做周转运动，转盘与行星齿轮连接，支撑翻转连接件与转盘固定连 接，实现支撑翻转连接件的转动。
17.本发明的有益效果如下：
18.1.本发明的轨道车辆铝型材组装翻转焊接工装，能够将正位与反位工装集 合在一个工位上，取消了吊运翻转装置，采用了新的翻转装置代替，可以实现 在夹紧的过程中进行翻转，减少了再次定位，取消了二次调修。极大释放了人 力，财力和时间的消耗。
与链条
ⅶ‑1‑
1相连。因此当 链条
ⅶ‑1‑
1运动过程中，连接在链条
ⅶ‑1‑
1上的支撑翻转装置
ⅶ‑
2实现上下升 降。
51.图6为铝型材自动组装焊接正反位翻转工装
ⅶ
中支撑翻转装置
ⅶ‑
2的半剖视 图。如图所示，包括了电机
ⅶ‑2‑
1、电机支架
ⅶ‑2‑
2、阶梯轴
ⅶ‑2‑
3、外壳版
ꢀⅶ‑2‑
4、中间夹板
ⅶ‑2‑
5、太阳齿轮
ⅶ‑2‑
6、行星齿轮
ⅶ‑2‑
7、大齿圈
ⅶ‑2‑
8、 转盘
ⅶ‑2‑
9和支撑翻转连接件
ⅶ‑2‑
10。当安装在电机支架
ⅶ‑2‑
2上的电机
ⅶꢀ‑2‑
1转动时，通过联轴器传递转矩给阶梯轴
ⅶ‑2‑
3，阶梯轴
ⅶ‑2‑
3传递转矩给 太阳齿轮
ⅶ‑2‑
6,大齿圈
ⅶ‑2‑
8固定不动，当太阳齿轮
ⅶ‑2‑
6转动时，带动行 星齿轮
ⅶ‑2‑
7做圆周运动，从而实现转盘
ⅶ‑2‑
9的转动，带动支撑翻转连接件
ꢀⅶ‑2‑
10转动。这里，行星齿轮
ⅶ‑2‑
7按照圆周120
°
布置3个，目的是为了使 装置工作稳定，受力平衡。
52.图7为自动组装侧墙型材装置
ⅶ‑
3和自定位锁止装置
ⅶ‑
4的轴测图。如图 所示，包括了侧墙形支撑钢梁
ⅶ‑3‑
1、无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2、固定座
ⅶ‑3‑
3 和自定位锁止装置
ⅶ‑
4。这里，一个自定位锁止装置
ⅶ‑
4通过螺钉固定安装在 固定座
ⅶ‑3‑
3上，另外四个自定位锁止装置
ⅶ‑
4分别通过螺钉固定安装在无杆 气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2上；对应附图中，从附图7的左侧开始向右，第四个自定 位锁止装置
ⅶ‑
4固定安装在固定座
ⅶ‑3‑
3上，其余四个自定位锁止装置
ⅶ‑
4分 别通过螺钉固定安装在无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2上。这么设计的目的是：传统 的型材装配顺序是依次从上边梁型材
ⅳ‑
1、窗上型材
ⅳ‑
2、窗间型材
ⅳ‑
3、窗 下型材
ⅳ‑
4和下边梁型材
ⅳ‑
5这一顺序进行装配，或者是依次从下边梁型材
ⅳꢀ‑
5、窗下型材
ⅳ‑
4、窗间型材
ⅳ‑
3、窗上型材
ⅳ‑
2和上边梁型材
ⅳ‑
1这一顺序。 这两种安装顺序均是固定一端型材，然后依次装配，这样每一块型材的装配基 准均需要变化，装配基准需要变化4次，若装配存在误差，误差因此也会产生 堆积。而选择中间的一块型材作为固定，则该型材的两侧均可作为装配基准， 因此降低了装配基准的变化量，仅需要变化3次，提高了装配精度。
53.图8为侧墙形支撑钢梁
ⅶ‑3‑
1设计时的几何分析图。如图所示，从轨道车辆 侧墙中空挤压铝合金型材组合ⅳ的横截面形状可以看出，上边梁型材
ⅳ‑
1和窗 下型材
ⅳ‑
4为曲面型材，窗上型材
ⅳ‑
2、窗间型材
ⅳ‑
3和下边梁型材
ⅳ‑
5为平 面型材。根据五块曲面型材的安放的位置，以及五块型材上自定位装置
ⅴ
的安 放位置，取距离自定位装置
ⅴ
外壳体
ⅴ‑
1的锁止孔
ⅴ‑1‑
3为l的位置做垂直于 该自定位装置
ⅴ
外壳体
ⅴ‑
1的自定位头
ⅴ‑1‑
2的直线，并将所做的三条直线相 交，可以得出相交的角度分别为α和β，并根据三条直线的形状，设计出侧墙形 支撑钢梁
ⅶ‑3‑
1的几何形状。
54.图9为自定位锁止装置
ⅶ‑
4的局部爆炸视图。如图所示，包括自定位锁止基 座
ⅶ‑4‑
1、内六角沉头螺钉
ⅶ‑4‑
2、锁止气缸连接板
ⅶ‑4‑
3、内六角沉头螺钉
ꢀⅶ‑4‑
4和锁止气缸
ⅶ‑4‑
5。其中，自定位锁止基座
ⅶ‑4‑
1的内部装配零件与装 配方式同自定位装置
ⅴ
的内部装配零件与装配方式完全一致。其具体结构参见 附图10和11；内六角沉头螺钉
ⅶ‑4‑
2将锁止气缸连接板
ⅶ‑4‑
3和锁止气缸
ⅶꢀ‑4‑
5固定连接，再将锁止气缸连接板
ⅶ‑4‑
3通过内六角沉头螺钉
ⅶ‑4‑
4固定安 装在自定位锁止基座
ⅶ‑4‑
1的上。当自定位装置
ⅴ
放置在自定位锁止装置
ⅶ‑
4 中时，自定位装置
ⅴ
的锁止孔同自定位锁止装置
ⅶ‑
4的基座锁止孔处于同轴线 位置，此时锁止气缸
ⅶ‑4‑
5工作，将气缸活塞插入基座锁止孔与锁止孔中，实 现位置的锁止。
55.如图10所示，自定位锁止基座
ⅶ‑4‑
1包括自定位锁止基座外壳体
ⅶ‑4‑1‑
1、 两个自定位支撑
ⅶ‑4‑1‑
2、若干滚轮
ⅶ‑4‑1‑
3。滚轮
ⅶ‑4‑1‑
3安装在自定位支 撑
ⅶ‑4‑1‑
2的工作面上，再将两个自定位支撑
ⅶ‑4‑1‑
2分别安装再自定位锁止 基座外壳体
ⅶ‑4‑1‑
1内壁两侧。如图11所示，安装有自定位装置
ⅴ
的窗上型材
ꢀⅳ‑
2安装在自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，通过自定位锁止装置
ⅶ‑
4中的锁止气缸
ⅶꢀ‑4‑
5伸出的活塞
ⅶ‑4‑5‑
1进行两部分结构的上下锁止固定。
56.图12、图13分别为两两中空挤压铝合金型材之间安装的具体几何数值关系 图和焊接覆盖位置图。如图12所示，型材之间的焊缝形式为v型焊缝，两两坡 口之间的夹角为2θ，焊缝之间的水平距离需要保持在0
‑
k之间，竖直方向为全 接触，距离为0。当保持好确定的几何关系后，根据图13可以看出施焊位置， 以及覆盖大小。为了保证具有良好的焊接覆盖位置，型材安装时必须非常的精 准，满足图12的几何数值关系后，才可以实施焊接。
57.图14、图15为侧墙型材组装图和侧墙型材组装局部放大图。如图14所示， 当安装有自定位装置
ⅴ
的中空挤压铝合金型材安放在自定位锁止装置
ⅶ‑
4后， 将其锁止，再通过无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2的精准移动，控制型材焊接坡口出 的装配几何关系。具体安装顺序为：首先，放置安装有自定位装置
ⅴ
的窗下型 材
ⅳ‑
4到固定座
ⅶ‑3‑
3的自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，此位置完全固定，具有确定 的位置关系；接着，放置安装有自定位装置
ⅴ
的下边梁型材
ⅳ‑
5到无杆气缸轨 道平台
ⅶ‑3‑
2的自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，精准调节无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2位 置，实现下边梁型材
ⅳ‑
5与窗下型材
ⅳ‑
4的装配；接着，放置安装有自定位装 置
ⅴ
的窗间型材
ⅳ‑
3到无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2的自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，精 准调节无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2位置，实现窗间型材
ⅳ‑
3与窗下型材
ⅳ‑
4的装 配；接着，放置安装有自定位装置
ⅴ
的窗上型材
ⅳ‑
2到无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2 的自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，精准调节无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2位置，实现窗上 型材
ⅳ‑
2与窗间型材
ⅳ‑
3的装配；最后，放置安装有自定位装置
ⅴ
的上边梁型 材
ⅳ‑
1到无杆气缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2的自定位锁止装置
ⅶ‑
4上，精准调节无杆气 缸轨道平台
ⅶ‑3‑
2位置，实现上边梁型材
ⅳ‑
1与窗上型材
ⅳ‑
2的装配。由于， 窗下型材
ⅳ‑
4已经具有确定的位置，窗间型材
ⅳ‑
3和下边梁型材
ⅳ‑
5的装配基 准均是窗下型材
ⅳ‑
4的自定位装置
ⅴ
中心面，窗上型材
ⅳ‑
2的装配基准为窗间 型材
ⅳ‑
3的自定位装置
ⅴ
中心面，上边梁型材
ⅳ‑
1的装配基准为窗上型材
ⅳ‑
2 的自定位装置
ⅴ
中心面，因此，五块中空挤压铝合金型材可以完成准确定位， 方便了后续的龙门焊接机械臂的位置关系编程。
58.图16为铝型材自动组装焊接正反位翻转工装
ⅶ
的轴测图。如图所示，升降 机构
ⅶ‑
1负责轨道车辆侧墙中空挤压铝合金型材组合ⅳ实现升降；因为，传统 的焊接工装需要有反位自动焊接工位和正位自动焊接工位，而支撑翻转装置
ⅶꢀ‑
2负责实现轨道车辆侧墙中空挤压铝合金型材组合ⅳ的翻转，实现在一个工位 上的正反焊接；自动组装侧墙型材装置
ⅶ‑
3实现五块型材的自动精确组装，自 定位锁止装置
ⅶ‑
4用于实现翻转时，型材不会坠落，确保位置固定。同时，由 于型材纵向跨度较大，需要在铝型材自动组装焊接正反位翻转工装
ⅶ
之间设置 有辅助支撑机构，因为现有的辅助支撑机构已经可以满足其要求，因此，本专 利中未做介绍。