■山推工程機(jī)械股份有限公司 （山東濟(jì)寧 272023） 張瑞臣 陳天野 李文華 時(shí) 賀 劉 偉

攤鋪機(jī)是我公司的重要產(chǎn)品，分料箱是攤鋪機(jī)的主要大型結(jié)構(gòu)件之一，是攤鋪機(jī)上主要的箱體類零件，同時(shí)也是整個(gè)攤鋪機(jī)動(dòng)力的核心部件，承擔(dān)著攤鋪機(jī)在攤鋪瀝青過(guò)程中將傳遞的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為中央傳動(dòng)裝置動(dòng)力和最終傳動(dòng)裝置動(dòng)力的作用。分料箱內(nèi)部的隔板螺紋影響著后橋與傳動(dòng)部分的聯(lián)接強(qiáng)度，一旦攤鋪機(jī)攤鋪過(guò)程中后橋隔板處螺栓聯(lián)接松動(dòng)、脫落，會(huì)造成整個(gè)行走機(jī)構(gòu)的損毀，甚至發(fā)生事故。因此如何提高隔板處螺紋的加工質(zhì)量就成了亟待解決的問(wèn)題。

1. 問(wèn)題描述

圖1 隔板處螺紋位置

圖2 加長(zhǎng)桿

圖3 加長(zhǎng)桿安裝結(jié)構(gòu)

隔板處螺紋位置如圖1所示，由于螺紋位置深度大，普通刀桿不夠長(zhǎng)，因此必須引入加長(zhǎng)桿輔助，加長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。加長(zhǎng)桿直徑在17.5mm以內(nèi)，長(zhǎng)度在600mm以上，螺紋加工時(shí)加長(zhǎng)桿安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。最初后橋箱隔板處螺紋大部分塞規(guī)檢驗(yàn)不通，初步認(rèn)定是攻螺紋時(shí)加長(zhǎng)桿無(wú)法將絲錐提起的原因，造成螺紋加工完成后，絲錐繼續(xù)在孔口邊緣處旋轉(zhuǎn)摩擦，損壞螺紋。因此決定從加工刀具方面，尤其是加長(zhǎng)桿的結(jié)構(gòu)方面入手，試驗(yàn)新的刀具和加工工藝。

2. 設(shè)計(jì)方案

針對(duì)螺紋不合格的情況，我們對(duì)加長(zhǎng)桿及連接套的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更改，設(shè)計(jì)了如下幾種方案。

1）方案1：在加長(zhǎng)桿及連接套間用布塞緊絲錐，當(dāng)時(shí)試驗(yàn)2組孔，檢測(cè)后螺紋合格，但是使用這種方法在拆卸絲錐時(shí)比較困難，因此不適用。

2）方案2：加長(zhǎng)桿直柄改為錐柄，同時(shí)前端連接套改為快換夾頭，如圖4所示。但是因?yàn)楣ヂ菁y時(shí)直徑限制的問(wèn)題，造成加長(zhǎng)桿過(guò)細(xì)，剛攻幾個(gè)孔，聯(lián)接處就斷裂，因此不適用。

圖4 直柄改為錐柄的加長(zhǎng)桿

3）方案3：自制雙向連接套，如圖5所示。采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用連接套質(zhì)量過(guò)高，自制的目的是減輕質(zhì)量。制作材料采用廢棄的攻螺紋夾頭，將其從中間車斷后，兩個(gè)聯(lián)接在一起，自制套質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用套的1/3。

圖5 自制雙向連接套

此試驗(yàn)雖然成功，螺紋檢驗(yàn)合格，但加工效率很低，單孔加工時(shí)間增加了一倍，因此不適用。

4）方案4：參照锪刀及刀桿的結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)了加長(zhǎng)桿及連接套，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了快換聯(lián)接，但因?yàn)橹睆较拗茊?wèn)題，造成整體聯(lián)接處偏細(xì)偏薄，使用后斷裂，因此不適用。

圖6 加長(zhǎng)桿及連接套

5）方案5：此思路來(lái)自于裝配使用的套筒及萬(wàn)向套頭，套頭一端聯(lián)接絲錐，另一端聯(lián)接方頭，方頭上滾珠卡在套頭內(nèi)部的槽里，結(jié)構(gòu)如圖7所示。這種結(jié)構(gòu)體積小、質(zhì)量輕，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)絲錐的快速裝卸。此方案是當(dāng)時(shí)車間改善的最終方案，當(dāng)時(shí)改善效果很好，但最后同樣因?yàn)橹睆较拗?，?dǎo)致最終聯(lián)接處斷裂。同時(shí)操作人員反映，加工20件后橋之后，絲錐夾緊效果下降，十分不耐用。

圖7 新設(shè)計(jì)的加長(zhǎng)桿

這些方案歸結(jié)起來(lái)都是在最初圖2的加長(zhǎng)桿和連接套的基礎(chǔ)上，在內(nèi)部或外部增加了加長(zhǎng)桿、連接套及絲錐三者間的夾緊裝置，保證攻螺紋完成后，絲錐可以隨著整體提起，不在螺紋孔口空轉(zhuǎn)。使用改善后的螺紋合格，但使用了很短一段時(shí)間后，就出現(xiàn)了桿體斷裂的現(xiàn)象。同時(shí)一段時(shí)間后，螺紋質(zhì)量出現(xiàn)下降，甚至出現(xiàn)螺紋通規(guī)不止的現(xiàn)象。

想要解決隔板螺紋的問(wèn)題就要考慮三方面：一是如何穩(wěn)定作用在絲錐上的載荷，防斷、防爛牙；二是如何減小作用在絲錐處的徑向力；三是如何在絲錐夾頭處設(shè)定適合的夾緊力，且拆卸簡(jiǎn)單快速。

綜合以上因素，設(shè)計(jì)出了加長(zhǎng)桿專用的連接套，這種連接套本身使用特殊彈簧結(jié)構(gòu)代替了一般使用摩擦片制動(dòng)的方式，可以使得制造體積更小。本身具備穩(wěn)定載荷、過(guò)載保護(hù)、減小加工時(shí)徑向抖動(dòng)及快速夾緊和拆卸的功能。設(shè)計(jì)出的連接套結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 最新設(shè)計(jì)的加長(zhǎng)桿及連接套

3. 工作原理及性能分析

（1）過(guò)載保護(hù)原理 通過(guò)螺紋聯(lián)接的調(diào)節(jié)環(huán)9可以沿螺紋上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)壓縮盤(pán)8的位置來(lái)控制過(guò)載調(diào)節(jié)彈簧7的壓縮量。進(jìn)而調(diào)節(jié)彈簧7對(duì)鋼珠6的壓力，即鋼珠對(duì)摩擦盤(pán)3的壓力，這樣可以調(diào)節(jié)摩擦盤(pán)與下方整體結(jié)構(gòu)的預(yù)緊力。通過(guò)預(yù)緊力的大小就可以設(shè)定絲錐攻螺紋時(shí)的安全轉(zhuǎn)矩，同時(shí)穩(wěn)定攻螺紋時(shí)的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到過(guò)載保護(hù)的效果。如果絲錐所受的切削轉(zhuǎn)矩大于彈簧7對(duì)絲錐設(shè)定的極限轉(zhuǎn)矩，則絲錐與除摩擦盤(pán)、推力球軸承外所有件組成的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)停止，摩擦盤(pán)3與鋼珠6脫離，和推力球軸承4的軸圈沿座圈空轉(zhuǎn)。如果遇到恒定的大切削轉(zhuǎn)矩，則將連接套反向旋轉(zhuǎn)退出。如果遇到瞬時(shí)的大切削轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)矩消失后，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)回復(fù)平衡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免絲錐斷裂、爛牙。

（2）絲錐夾緊及徑向力減小原理 徑向力的減小主要類比了攻螺紋夾頭的夾緊部分和液體阻尼器的結(jié)構(gòu)。絲錐的根部塞入方形槽中與鋼珠11接觸，在攻螺紋時(shí)如果上方加長(zhǎng)桿帶動(dòng)連接套整體發(fā)生徑向抖動(dòng)，則抖動(dòng)產(chǎn)生的徑向力將此方向與絲錐接觸的鋼珠壓入，進(jìn)而帶動(dòng)導(dǎo)力軸12向外部移動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)力軸12的斜面帶動(dòng)導(dǎo)力軸13向上移動(dòng)，進(jìn)而壓縮彈簧14，這樣就把徑向力轉(zhuǎn)化成了軸向力。同時(shí)彈簧14回彈過(guò)程中會(huì)增大導(dǎo)力軸12對(duì)下方的壓力，進(jìn)而增大摩擦力，持續(xù)耗能。這種結(jié)構(gòu)同樣也對(duì)絲錐提供了夾緊力，使絲錐與連接套配合更緊密。

4. 實(shí)際應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)連接套使用方式如圖9所示，直接與加長(zhǎng)桿聯(lián)接使用。相當(dāng)于把圖10的連接套功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使得攻螺紋時(shí)連接套具有過(guò)載保護(hù)等功能。使用圖11所示的連接套時(shí)需要先確定極限轉(zhuǎn)矩，通過(guò)調(diào)節(jié)連接套的調(diào)節(jié)環(huán)的旋深，繼而調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量。

此連接套相對(duì)于一般的過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)，整體的機(jī)構(gòu)采用彈簧與鋼珠等組件進(jìn)行差速制動(dòng)，而非直接使用摩擦片等直接接觸的方式進(jìn)行差速制動(dòng)，有效地縮小了連接套的體積，保證了唯一性。同時(shí)使用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，有效地減小了機(jī)構(gòu)的損耗。整體采用彈簧壓縮的方式控制連接套極限載荷的大小，調(diào)節(jié)方便，同時(shí)調(diào)節(jié)范圍更大。

如果使用原有的加長(zhǎng)桿和連接套進(jìn)行加工，因?yàn)閮烧吲c絲錐的聯(lián)接間隙較大，會(huì)導(dǎo)致螺紋加工時(shí)抖動(dòng)嚴(yán)重，造成螺紋不通或不止。同時(shí)因?yàn)榧娱L(zhǎng)桿、連接套及絲錐整體為剛性聯(lián)接，如果遇到工件上的加工硬點(diǎn)，容易造成斷錐、爛牙等。而使用改善后的連接套，會(huì)在遇到加工硬點(diǎn)時(shí)對(duì)絲錐過(guò)載保護(hù)，減小攻螺紋時(shí)作用在絲錐上的徑向抖動(dòng)，同時(shí)配有夾緊裝置使絲錐與連接套配合更緊密。這樣最大限度地提高了絲錐的使用壽命，同時(shí)攻螺紋時(shí)載荷更平穩(wěn)，提高了螺紋的加工質(zhì)量，一次交檢合格率達(dá)100%。

圖9 連接套使用方式

圖10 原連接套使用方式

5. 推廣應(yīng)用

SRP95攤鋪機(jī)分料箱的隔板處螺紋加工使用新設(shè)計(jì)的連接套后，在現(xiàn)場(chǎng)使用螺紋塞規(guī)檢驗(yàn)12臺(tái)攤鋪機(jī)，隔板處螺紋全部合格，杜絕了因隔板螺紋質(zhì)量問(wèn)題造成的整機(jī)質(zhì)量隱患。預(yù)計(jì)單件節(jié)省螺紋返修工時(shí)6h，年節(jié)約維修及客戶索賠等金額約120萬(wàn)元。該加工工藝可應(yīng)用于銑刨機(jī)的銑刨倉(cāng)、推土機(jī)的后橋箱的箱體類零件的螺紋加工。