一种高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具及工作方法与流程

本发明涉及机械工程技术领域的定位夹紧装置，尤其是一种高速列车车体侧墙正反面焊接过程中对侧墙定位、夹紧及翻转一体的夹具。

背景技术：

近年来，高速列车在我国取得了巨大的发展，促进了国民经济快速增长。侧墙是组成高速列车车体的关键部件，在焊接过程中，由于侧墙很长，焊接质量受夹具的影响较大。侧墙焊接质量直接影响到高速列车的行车安全、使用寿命等重要问题，因此夹具在侧墙焊接过程中非常重要。

目前，我国高速列车车体侧墙在焊接过程中，需要两套夹具分别进行正反面焊缝焊接，一面焊缝焊接完成后，侧墙整体需要翻转后放置到另一套夹具上进行另一面焊缝焊接。在侧墙翻转过程中，一般采用天车吊转，无夹具夹持，因此存在着工作效率低、侧墙变形大等不足。中国专利文件(申请号201620560491.x)，公开了一种牵缓梁组焊夹具，包括定位装置，其中定位装置包括：底架，与牵缓梁相匹配的t型框架结构，底架上设置有固定孔；牵引梁固定组件，包括设置于纵梁上的尾部顶紧装置、间隔设置的牵引梁顶部压紧装置、顶紧在牵引梁相对内侧壁之间的撑紧装置；缓冲梁固定组件，包括设置在横梁上的缓冲梁顶部压紧装置和缓冲梁定位装置；车钩梁固定组件，车钩梁定位底座和车钩梁顶部压紧装置，牵引梁固定组件、缓冲梁固定组件、车钩梁固定组件固定在底架的固定孔处。该方案提供的组焊夹具只适用于特定牵缓梁的焊接，其定位块为平面结构，但高速列车车体侧墙为曲面结构，该方案难以适用，且该夹具没有翻转装置，无法实现双面定位和夹紧。

经对现有技术的文献检索未发现能实现类似侧墙结构的翻转夹具设计，在这种情况下，研究设计出一种高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具就显得意义重大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有高速列车车体侧墙焊接夹具存在的缺陷，提供一种高速列车车体侧墙焊接翻转夹具。

本发明还提供该夹具的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具，包括侧墙定位机构、主动翻转机构、被动翻转机构；

侧墙定位机构用于固定车体侧墙，侧墙定位机构外缘轮廓为圆形，侧墙定位机构外缘设有齿轮；

主动翻转机构用于翻转侧墙定位机构，被动翻转机构用于支撑侧墙定位机构，主动翻转机构、被动翻转机构均设有小齿轮，侧墙定位机构两侧通过齿轮啮合与主动翻转机构和被动翻转机构连接。侧墙定位机构与小齿轮啮合后，由主动翻转机构带动侧墙定位机构转动，转动后实现车体侧墙翻转。

根据本发明优选的，侧墙定位机构包括凹面半齿轮、凸面半齿轮、定位销，凹面半齿轮与凸面半齿轮相对一侧均设有至少两个支撑柱，支撑柱形成定位台面，凹面半齿轮的支撑柱形成的型面为凹形，凸面半齿轮的支撑柱形成的型面为凸形，凹面半齿轮和凸面半齿轮相对一侧的连接面通过两个定位销连接，形成完整大齿轮，凹面半齿轮、凸面半齿轮相对一侧的型面相互配合，型面的弯曲弧度与车体侧墙断面型面结构一致，凹面半齿轮、凸面半齿轮用于定位和夹紧车体侧墙。

进一步优选的，侧墙定位机构还包括滚珠支架总成，滚珠支架总成包括滚珠和支架体，支架体为半圆形框架，凹面半齿轮、凸面半齿轮的轴向两端端面均设有支架体，支架体中设有滚珠。两个端面上的滚珠支架总成的滚珠分别与主动翻转机构和被动翻转机构的小齿轮两侧圆盘内侧面接触，在齿轮啮合滚动过程中滚珠沿小齿轮两侧圆盘内侧面滚动，对凹面半齿轮和凸面半齿轮形成的大齿轮起到轴向定位作用；

进一步优选的，凹面半齿轮和凸面半齿轮的轴向两端端面均设有两个半圆形销孔，即凹面半齿轮一共有4个销孔，凸面半齿轮也一共设有4个销孔，当需要起吊凹面半齿轮或凸面半齿轮时，吊转机构上面的四个起吊销分别插入凹面半齿轮或凸面半齿轮端面的半圆形销孔，进行起吊和转动。

根据本发明优选的，主动翻转机构包括电机、减速器、齿轮轴和小齿轮，电机的输出轴通过联轴器a与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴通过联轴器b与齿轮轴相连，齿轮轴轴向贯穿小齿轮，齿轮轴与小齿轮键连接，轴向上在小齿轮的两侧的齿轮轴分别与轴承座a和轴承座b相连，轴承座用于支撑齿轮轴，齿轮轴在轴承座上转动；小齿轮包括齿轮体，齿轮体轴向两端固定连接有定位圆盘，定位圆盘的直径大于齿轮体的径向长度。定位圆盘内侧面与侧墙定位机构的凹面半齿轮和凸面半齿轮组成的大齿轮的端面的滚珠接触，小齿轮与大齿轮啮合滚动时，大齿轮端面的滚珠在小齿轮的定位圆盘内侧面滚动，减小摩擦，亦对大齿轮有轴向定位作用。

进一步优选的，主动翻转机构还包括支撑底板总成和轴承座b支架，支撑底板总成包括轴承座a支架、底板、四个支架，电机、减速器通过螺栓安装固定在底板上与底板相连，底板下方连接四个支架，轴承座a置于轴承座a支架上，轴承座b置于轴承座b支架上。

根据本发明优选的，被动翻转机构包括小齿轮、齿轮轴、轴承座c、轴承座c支架、轴承座d、轴承座d支架，齿轮轴轴向贯穿小齿轮，小齿轮通过键与齿轮轴连接，小齿轮两侧的齿轮轴分别与轴承座c、轴承座d中的轴承相连，实现齿轮轴的转动，轴承座c、轴承座d分别通过螺栓固定连接到轴承座c支架和轴承座d支架上；小齿轮包括齿轮体，齿轮体轴向两端固定连接有定位圆盘，定位圆盘的直径大于齿轮体的径向长度。与主动翻转机构的定位圆盘作用类似，被动翻转机构的定位圆盘对大齿轮起减小摩擦和轴向定位作用。

根据本发明优选的，所述高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具还包括吊转机构，吊转机构包括轴承支座、吊转轴，轴承支座内设有泵、轴承a和轴承b，吊转轴通过轴承a和轴承b与泵连接，实现吊转轴的转动；吊转轴上部设有提升支架，提升支架一端与吊转轴连接，提升支架另一端设有至少一个提升油缸，提升油缸底部设有销座，销座上设有气缸和提升销，气缸推动提升销在销座上水平移动，使得提升销进入凹面半齿轮或凸面半齿轮端面的半圆形销孔中，通过提升油缸活塞的向上或向下移动完成凹面半齿轮或凸面半齿轮的提升或放下；

进一步优选的，提升油缸、销座、气缸、提升销的数量均为四个。

根据本发明优选的，所述高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具还包括支撑底座机构，支撑底座机构包括底板和齿轮支撑座，齿轮支撑座包括支撑座体和辊子，辊子通过辊轴与支撑座体连接，齿轮支撑座通过螺栓与底板连接，主动翻转机构、被动翻转机构、吊转机构均通过螺栓安装固定到底板上，侧墙定位机构轴向两端设有端架，端架支撑于齿轮支撑座的辊子上面，辊子对侧墙定位机构起到垂直方向的支撑作用，当侧墙定位机构的凹面半齿轮和凸面半齿轮与主动翻转机构和被动翻转机构的小齿轮啮合滚动时，凹面半齿轮和凸面半齿轮的两端在齿轮支撑座的辊子上滚动。

发明机理：本发明通过将一个大齿轮分割成两个半齿轮，在两个半齿轮中间加工成多个定位台面，定位台面的型面与侧墙内外面型面一致，当两个半齿轮闭合后两个半齿轮的定位台面实现侧墙的定位和夹紧，在此状态下进行侧墙上侧表面焊缝焊接。当完成上侧表面焊缝焊接后，通过大齿轮和两个小齿轮的啮合转动，把侧墙底侧表面转动到上面，从而进行另外一面焊接。焊接前和焊接完成后，都需要吊转机构吊起上部的半齿轮，然后向一侧至少转动90°，就可以上料或下料。在整个侧墙长度方向上，需要使用多套本发明提供的翻转夹具，共同作用实现侧墙各零件的放置定位、一面焊接、整体翻转、另一面焊接、总成移走整个过程，在侧墙翻转过程中，始终保持着定位和夹紧，能有效降低翻转过程对焊缝质量的影响。

一种高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具的工作方法，包括步骤如下：

(1)焊接前，启动气缸，将提升销伸入凹面半齿轮或凸面半齿轮的半圆形销孔中，启动提升油缸，吊转机构吊起位于上方的凹面半齿轮或凸面半齿轮，然后吊转轴向一侧至少转动90°；

(2)上料，将待焊接的车体侧墙放置于位于下方的凸面半齿轮或凹面半齿轮上；

(3)吊转轴回转，将吊起的凹面半齿轮或凸面半齿轮与位于下方的凸面半齿轮或凹面半齿轮定位连接在一起，并夹紧车体侧墙；

(4)对车体侧墙上方的表面进行焊缝焊接；完成上方表面的焊缝焊接后，启动主动翻转机构，由主动翻转机构带动侧墙定位机构原地转动，将车体侧墙下方的表面翻至上方，再进行焊缝焊接；

(5)焊接后，将提升销伸入凸面半齿轮或凹面半齿轮的半圆形销孔中，启动提升油缸，吊转机构吊起位于上方的凸面半齿轮或凹面半齿轮，然后吊转轴向一侧至少转动90°；

(6)下料，将焊好的车体侧墙取出，完成车体侧墙的正反面焊接。

本发明的有益效果如下：

本发明的翻转夹具可以代替现有高速列车车体侧墙焊接用的正面夹具和反面夹具，能够实现一面焊接完成后自动翻转进行另一面焊接，减少了应用两套夹具时侧墙翻转转移时间，并避免了原有侧墙手动翻转无夹具夹持状态下对前面焊缝强度损伤和翻转过程中额外增加的焊接变形，极大有益于提升侧墙整体焊接质量。

附图说明

图1为高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具总装图；

图2为侧墙定位机构结构图；

图3为主动翻转机构结构图；

图4为被动翻转机构结构图；

图5为吊转机构结构图；

图6为吊转轴剖视图；

图7为支撑底座机构结构图；

图8为吊转机构吊起凸面半齿轮向一侧转90°侧墙零件未放置到凹面半齿轮定位前图；

图9为侧墙零件放置到凹面半齿轮定位图；

图10为吊转机构吊起凸面半齿轮从一侧90°转到0°侧墙零件上部未夹紧图；

图11为吊转机构下放凸面半齿轮侧墙零件上下定位夹紧图；

图12为吊转机构提升销脱落升起进行侧墙凹面焊接图；

图13为凹面焊接完成后侧墙翻转凸面在上焊接凸面图；

图14为凸面焊接完成后吊转机构向一侧转90°取下侧墙总成前图；

附图标记：

1、侧墙定位机构1-1、凹面半齿轮1-2、凸面半齿轮1-3、定位销1-4、滚珠支架总成；

2、主动翻转机构2-1、电机2-2、联轴器a2-3、减速器2-4、联轴器b2-5、齿轮轴2-6、轴承座a2-7、小齿轮2-8、轴承座b2-9、支撑底板总成2-10、轴承座b支架；

3、被动翻转机构3-1、小齿轮3-2、齿轮轴3-3、轴承座c3-4、轴承座c支架3-5、轴承座d3-6、轴承座d支架；

4、吊转机构4-1、提升销4-2、气缸4-3、销座4-4、提升油缸4-5、提升支架4-6、吊转轴4-7、轴承支座4-8、轴承a4-9、轴承b4-10、泵；

5、支撑底座机构5-1、底板5-2、齿轮支撑座；

5-2-1、支撑座体5-2-2、辊子；

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图详细描述本发明的实施过程，但不限于此。

实施例1

一种高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具，如图1所示，装置包括侧墙定位机构1、主动翻转机构2、被动翻转机构3、吊转机构4、支撑底座机构5；侧墙定位机构外缘轮廓为圆形，侧墙定位机构外缘设有齿轮，侧墙定位机构1两侧通过齿轮啮合与主动翻转机构2和被动翻转机构3连接，侧墙定位机构1、主动翻转机构2、被动翻转机构3、吊转机构4均定位安装到支撑底座机构5上；

如图2所示，侧墙定位机构1包括凹面半齿轮1-1、凸面半齿轮1-2、定位销1-3、滚珠支架总成1-4；凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2相对一侧的连接面通过两个定位销1-3连接在一起，形成完整大齿轮，凹面半齿轮与凸面半齿轮相对一侧均设有至少两个支撑柱，支撑柱形成定位台面，凹面半齿轮的支撑柱形成的型面为凹形，凸面半齿轮的支撑柱形成的型面为凸形，内部凹凸面与侧墙断面型面结构一致，对侧墙起定位和夹紧作用，外部齿轮分别在两侧与主动翻转机构2的小齿轮2-7和被动翻转机构3的小齿轮3-1啮合，转动后，实现侧墙翻转；滚珠支架总成1-4由多个滚珠和支架体组成，四个滚珠支架总成1-4分别镶嵌在凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2的两个端面上，两个端面上的滚珠支架总成1-4的滚珠分别与主动翻转机构2和被动翻转机构3的小齿轮2-7和3-1两侧定位圆盘内侧面接触，在齿轮啮合滚动过程中滚珠沿小齿轮2-7和3-1两侧定位圆盘内侧面滚动，对凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2形成的大齿轮起到轴向定位作用；凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2形成的大齿轮两端面各有四个半圆形销孔，当需要起吊凹面半齿轮1-1或凸面半齿轮1-2时，吊转机构4上面的四个起吊销4-1分别插入凹面半齿轮1-1或凸面半齿轮1-2端面的半圆形销孔，进行起吊和转动；

如图3所示，主动翻转机构2包括电机2-1、联轴器a2-2、减速器2-3、联轴器b2-4、齿轮轴2-5、轴承座a2-6、键、小齿轮2-7、轴承座b2-8、支撑底板总成2-9、轴承座b支架2-10；联轴器a2-2把电机2-1输出轴和减速器2-3输入轴连接在一起，联轴器b2-4把减速器2-3输出轴和齿轮轴2-5连接在一起，小齿轮2-7通过键与齿轮轴2-5连接在一起，轴承座a2-6和轴承座b2-8分列小齿轮2-7两侧，带有轴承实现对齿轮轴2-5的支撑和转动，电机2-1、减速器2-3、轴承座a2-6通过螺栓安装固定在支撑底板总成2-9上，轴承座b2-8安装到轴承座b支架2-10上，支撑底板总成2-9和轴承座b支架2-10均通过螺栓安装固定到支撑底座机构5上；支撑底板总成2-9包括轴承座a支架、底板、四个支架焊接构成；小齿轮2-7结构由齿轮体两端分别焊接定位圆盘形成，定位圆盘内侧面与侧墙定位机构1的凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2组成的大齿轮端面滚珠接触，小齿轮2-7与大齿轮啮合滚动时，大齿轮端面滚珠在小齿轮2-7的定位圆盘内侧面滚动，对大齿轮有轴向定位作用；

如图4所示，被动翻转机构3包括小齿轮3-1、键、齿轮轴3-2、轴承座c3-3、轴承座c支架3-4、轴承座d3-5、轴承座d支架3-6；小齿轮3-1通过键与齿轮轴3-2连接，齿轮轴3-2两端分别与轴承座c3-3和轴承座d3-5中轴承连接，实现齿轮轴3-2的转动，两端轴承座c3-3和轴承座d3-5分别通过螺栓固定安装到轴承座c支架3-4和轴承座d支架3-6上，轴承座c支架3-4和轴承座d支架3-6通过螺栓固定到支撑底座机构5的底板5-1上；小齿轮3-1结构包括齿轮体，齿轮体两端分别焊接定位圆盘，定位圆盘内侧面与侧墙定位机构1的凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2组成的大齿轮端面滚珠接触，小齿轮3-1与大齿轮啮合滚动时，大齿轮端面滚珠在小齿轮3-1的定位圆盘内侧面滚动，对大齿轮有轴向定位作用；

如图5和6所示，吊转机构4包括四个提升销4-1、四个气缸4-2、四个销座4-3、四个提升油缸4-4、提升支架4-5、吊转轴4-6、轴承支座4-7、轴承a4-8、轴承b4-9、泵4-10；提升销4-1在销座4-3内移动，端部连接着气缸4-2，气缸4-2活塞推动提升销4-1水平向前移动，使得提升销4-1进入凹面半齿轮1-1或凸面半齿轮1-2端面的半圆形销孔中，完成凹面半齿轮1-1或凸面半齿轮1-2的提升；提升油缸4-4顶端螺栓固定到提升支架4-5上，下端连接到销座4-3上，通过提升油缸4-4活塞的向上或向下移动完成凹面半齿轮1-1或凸面半齿轮1-2的提升或放下；提升支架4-5是一个由板或型钢焊接形成的桁架结构，提升端连接着四个提升油缸4-4，另一端焊接到吊转轴4-6上；吊转轴4-6为钢管和轴焊接结构，轴端通过轴承a4-8和轴承b4-9与轴承支座4-7连接，实现吊转轴4-6的转动，吊转轴4-6的底端部固连到泵4-10上；轴承支座4-7为两段圆管和两个支座焊接一起，两个支座上面安装轴承a4-8和轴承b4-9，下圆管带有法兰盘，通过螺栓固定到支撑底座机构5的底板5-1上；泵4-10选用客车上外摆式车门使用的门泵结构，能实现吊转轴4-6大于90°的转动，底部固定到支撑底座机构5的底板5-1上；

如图7所示，支撑底座机构5包括底板5-1和齿轮支撑座5-2，齿轮支撑座5-2包括支撑座体5-2-1和数个辊子5-2-2，辊子5-2-2通过辊轴安装到支撑座体5-2-1上，齿轮支撑座5-2通过螺栓安装到底板5-1上；主动翻转机构2、被动翻转机构3、吊转机构4均通过螺栓安装固定到底板5-1上，侧墙定位机构1的轴向两端设有端架，端架为圆形框架，端架的直径小于侧墙定位机构的外缘直径，如图1所示。端架支撑于齿轮支撑座的辊子上面，辊子5-2-2对侧墙定位机构1起到垂直方向的支撑作用，当侧墙定位机构1的凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2与主动翻转机构2和被动翻转机构3的小齿轮2-7和3-1啮合滚动时，凹面半齿轮1-1和凸面半齿轮1-2的两端在齿轮支撑座5-2的辊子5-2-2上滚动。

实施例2

一种利用如实施例1所述高速列车车体侧墙正反面焊接翻转夹具的工作方法，包括步骤如下：

(1)焊接前，启动气缸，将提升销伸入凸面半齿轮1-2的半圆形销孔中，启动提升油缸，吊转机构吊起位于上方的凸面半齿轮1-2，然后吊转轴向一侧转动90°，保证侧墙各零件能够放置到侧墙定位机构1的凹面半齿轮1-1上，如图8所示；

(2)上料，将待焊接的车体侧墙放置于位于下方的凹面半齿轮1-1上面完成定位，如图9所示；

(3)侧墙定位后，吊转轴回转，吊转机构4将吊起的凸面半齿轮1-2从一侧90°转到0°，如图10所示；吊转机构4四个提升油缸4-4活塞伸长，把凸面半齿轮1-2放置到凹面半齿轮1-1上面，与位于下方的凹面半齿轮定位连接在一起，通过定位销1-3形成完整大齿轮，夹紧车体侧墙，与两侧主动翻转机构2和被动翻转机构3的小齿轮2-7和3-1啮合，如图11所示；

(4)吊转机构4通过气缸4-2运动把提升销4-1从凸面半齿轮1-2的销孔中脱离出来，提升油缸4-4活塞收缩，提升销4-1升起，对车体侧墙上方的表面(车体侧墙凹面)进行焊缝焊接，如图12所示；完成上方表面的焊缝焊接后，通过主动翻转机构2的电机2-1转动带动小齿轮2-7转动，齿轮啮合作用带动侧墙定位机构1转动，凹面半齿轮1-1从底部转动到上部，进行车体侧墙凸面的焊缝焊接，如图13所示；

(5)焊接后，将提升销伸入凹面半齿轮的半圆形销孔中，启动提升油缸，吊转机构吊起此时位于上方的凹面半齿轮，然后吊转轴向一侧转动90°，如图14所示；

(6)下料，将焊好的车体侧墙取出，完成车体侧墙的正反面焊接。