一种空气悬架气囊双端同步扣压与气密检测一体化设备及方法

本发明涉及空气悬架气囊装配，更具体地说，它涉及一种空气悬架气囊双端同步扣压与气密检测一体化设备及方法。

背景技术：

1、空气弹簧是汽车空气悬架系统的核心弹性元件，由帘线增强的橡胶波纹气囊与固结于其两端子口处的金属端盖板构成密闭充气腔体，气囊总成装配的关键工序是将端盖板的环形卷边裙径向压缩，使其塑性变形并将橡胶子口气密压紧于卷边裙与内撑芯之间。

2、现有扣压装备普遍采用单端工位结构，对气囊总成两端端盖板分序实施扣压，气囊总成一端扣压完成后须松开、翻面并二次装夹后再对另一端实施扣压；现有产线将扣压工序与气密性检测工序分设为两个独立工位，扣压完成后的工件须转运至检测工位完成气密性检测，检出的泄漏件须返回扣压工位进行二次装夹补扣。

3、上述现有技术存在以下技术问题：两次独立装夹与加载使两端的扣压量与同轴度依赖两次各自独立的定位与加载过程，难以保证一致性；两道工序分设于独立工位导致工件转运与二次定位占用额外节拍；检出的泄漏件脱离扣压工装后二次装夹补扣会引入新的定位误差，补扣位置与原扣压位置难以重合，轻度泄漏件无法在原位即时修复。

技术实现思路

1、本发明提供一种空气悬架气囊双端同步扣压与气密检测一体化设备，解决相关技术中气囊总成扣压不同步、气密性无法有效检测的技术问题。

2、发明方案1

3、空气弹簧是汽车空气悬架系统的核心弹性元件，由帘线增强的橡胶波纹气囊与固结于其两端子口处的金属端盖板构成密闭充气腔体。气囊总成装配的关键工序是将端盖板的环形卷边裙径向压缩，使其塑性变形并将橡胶子口气密压紧于卷边裙与内撑芯之间。现有扣压装备普遍采用单端工位结构，囊体一端扣压完成后须松开、翻面并二次装夹再对另一端实施扣压，两次装夹不仅延长节拍，而且两端的扣压量与同轴度依赖两次独立的定位与加载，难以保证一致；此外，现有产线将扣压工序与气密性检测工序分设为两个独立工位，检测工位检出的泄漏件已脱离扣压工装，无法直接返修，只能整件报废或返回扣压工位二次装夹补扣，二次装夹会引入新的定位误差，补扣位置与原扣压位置难以重合。因此，需要一种能够对气囊两端同时、同步、等行程扣压，并在扣压夹持状态下原位完成气密性检测与原位补扣的一体化装备。

4、本发明方案提供一种空气悬架气囊双端同步扣压与气密检测一体化设备，包括：机座、两组沿同一水平轴线对置布置的扣压机构、连接两组扣压机构的同步机构、承托气囊总成的浮动托架以及气密检测模块。

5、机座为板状基体，其顶部两端对称固定有支撑立板，支撑立板与机座之间设有筋板以加强连接刚性，扣压反力经支撑立板与筋板传入机座。两个支撑立板的内侧各固定有一组扣压机构，两组扣压机构沿同一水平轴线共轴对置，该水平轴线即为气囊总成的扣压轴线。

6、每组扣压机构包括中空支撑筒，中空支撑筒为圆筒形实体构件，其内部沿轴向贯穿开设有轴向通孔，轴向通孔为圆柱形虚拟结构，贯穿中空支撑筒的全长。中空支撑筒的外端通过螺栓组与支撑立板的内侧面固定连接并与支撑立板中心孔同轴，中空支撑筒的轴线沿所述水平轴线方向延伸。中空支撑筒的内端固定有爪笼盘，爪笼盘为盘状构件，其中心开设有中心让位孔，中心让位孔为圆形虚拟结构，开设于爪笼盘的中心，其直径大于端盖板盘体的外径，使端盖板盘体能够无干涉地穿过。爪笼盘的盘面沿周向均布开设有若干沿径向延伸的径向滑槽，每条径向滑槽内滑动连接有一个扣压爪。扣压爪的外侧设有外锥面，若干扣压爪的外侧套设有锥形压环，锥形压环为环形构件，其内壁面形成内锥面，内锥面与扣压爪的外锥面锥度相同且滑动贴合，构成锥面滑动副。锥形压环与推进环板固定连接，推进环板为环形板状构件，推进环板滑动套设于中空支撑筒的外圆面，从而推进环板与锥形压环能够沿中空支撑筒的轴向做直线往复运动。支撑立板的外侧固定有液压缸，液压缸的活塞杆穿过支撑立板与推进环板固定连接，当液压缸的活塞杆伸出时，推进环板沿轴向朝向工件方向推进，带动锥形压环同步前移；锥形压环的内锥面沿轴向压迫各扣压爪的外锥面，由锥面滑动副的楔形效应将轴向推力转换为径向分力，各扣压爪沿径向滑槽同步向心收缩，从而将端盖板的卷边裙径向压紧于橡胶波纹气囊的子口。

7、同步机构包括两根同步齿条以及转动安装于机座中部的同步齿轮。两根同步齿条分别与两侧推进环板固定连接且平行于所述水平轴线延伸，同步齿轮的轴线沿垂直于所述水平轴线的宽度方向布置，两根同步齿条分别从同步齿轮的相对两侧与同步齿轮啮合。当两侧推进环板相向进给时，两根同步齿条沿相反方向移动并共同驱动同一同步齿轮转动，由齿轮齿条啮合的位移传递关系，两根同步齿条的位移大小被刚性约束为严格相等，从而两侧扣压机构的扣压行程实时同步。

8、浮动托架设置于两个爪笼盘之间的机座区域，用于承托气囊总成并使气囊总成的轴线与两组扣压机构的共用水平轴线重合。

9、气密检测模块包括储气罐、电磁阀块、压力变送器和检测气管。检测气管穿设于其中一侧中空支撑筒的轴向通孔中，沿轴向延伸至该侧爪笼盘的中心让位孔处，检测气管的端部设有快插检测接头，快插检测接头用于与气囊总成端部的充气嘴可拆卸密封连通，从而在中空支撑筒的轴向通孔内建立由设备外侧直达被夹持气囊总成充气嘴的气路通道，该气路通道不干涉任何运动部件。储气罐通过管路与电磁阀块连通，电磁阀块控制充气、保压隔离与排气三种气路状态，压力变送器设置于电磁阀块与快插检测接头之间的检测气管上，用于采集封闭气路段的气体压力。

10、应理解，中空支撑筒在本发明方案中兼具三重功能：中空支撑筒与支撑立板的固定连接承受全部扣压反力，中空支撑筒的外圆面构成推进环板的滑动导向面，中空支撑筒的轴向通孔构成检测气管的穿设通道，三项功能由同一构件复用实现。

11、本发明方案的使用方法如下。

12、设备处于初始状态时，各液压缸的活塞杆缩回，锥形压环位于远离工件的极限位置，各扣压爪在松弛状态下处于张开位，扣压爪张开状态下的内切圆直径大于气囊总成端盖板卷边裙的外径。

13、将两端预装有端盖板的气囊总成放置于浮动托架，使气囊总成的轴线与两组扣压机构的共用水平轴线重合，充气嘴朝向穿设有检测气管的一侧，将快插检测接头插接于充气嘴，完成气路连通。此时，两端端盖板的盘体分别经对应侧爪笼盘的中心让位孔进入扣压爪的包络空间，卷边裙位于各扣压爪的内侧扣压工作面所围成的环形区域内。

14、两侧液压缸同步供油，活塞杆伸出推动两侧推进环板沿中空支撑筒的外圆面相向推进，两根同步齿条随之沿相反方向移动并驱动同步齿轮转动，刚性约束两侧推进环板的行程实时相等。两侧锥形压环随推进环板同步前移，锥形压环的内锥面压迫各扣压爪的外锥面，各扣压爪沿径向滑槽同步向心收缩，先经空程接触卷边裙，再将两端卷边裙同时径向压入对应的子口。当液压缸行程到达设定扣压行程且扣压力到达设定值时，判定双端扣压到位，液压缸转入保压状态。

15、扣压到位后，扣压爪保持夹紧状态，开启电磁阀块中的进气电磁阀，储气罐中的压缩空气经检测气管、快插检测接头、充气嘴充入气囊总成内腔至检测压力，随后关闭进气电磁阀，电磁阀块中的检测隔离阀切断气源侧，压力变送器仅监测由气囊总成内腔与检测气管封闭段构成的封闭容积的气体压力。经稳压时间后，压力变送器连续采集检测时间内的压降。

16、若压降不大于合格阈值，则判定气密合格，开启电磁阀块中的排气电磁阀泄压，液压缸回程带动锥形压环退回，扣压爪在松弛状态下张开，拔下快插检测接头后取件下线。若压降大于合格阈值且不大于补扣上限，则工件不卸、气路不断，液压缸在同步机构约束下补进设定的补扣行程实施原位补扣，随后返回气密检测步骤复测，补扣复测次数不超过设定次数。若压降大于补扣上限或达到设定补扣次数后复测仍不合格，则泄压后判定为不合格件下线。

17、由于两组扣压机构沿同一水平轴线共轴对置布置，气囊总成两端的端盖板被同时径向扣压，扣压反力沿轴线方向自平衡，工件不受单侧轴向推力，因此消除了单端分序扣压中两次独立装夹与加载导致的两端扣压量与同轴度不一致。由于两根同步齿条与同一同步齿轮从相对两侧啮合，同步齿轮转动时两根同步齿条以相等的速度反向移动，从齿轮齿条啮合的运动学关系上刚性强制两侧推进环板的行程实时相等，两端扣压量的同步精度仅取决于齿轮副侧隙，因此从结构上消除了双液压缸并联同步因油路泄漏或负载差异产生的行程漂移。由于检测气管穿设于中空支撑筒的轴向通孔内直达被夹持气囊总成的充气嘴，气密检测在扣压爪保持夹紧的状态下原位进行，扣压与检测两道工序合并于同一工位，因此省去了工件转运与二次定位。由于检出的泄漏件在原扣压位姿下由液压缸补进微量行程实施补扣返修，补扣位置与原扣压位置天然重合，因此避免了二次装夹返修引入的新定位误差，将轻度泄漏件即时修复为合格品。

18、发明方案2

19、在发明方案1的基础上，本发明方案对径向滑槽与扣压爪之间的约束形式以及扣压爪的复位方式作进一步限定。

20、径向滑槽为t形滑槽，t形滑槽的截面呈t形，其窄口朝向爪笼盘的盘面一侧，宽口位于盘体内部。扣压爪的根部相应设有与t形滑槽配合的t形滑块部，t形滑块部沿径向插入t形滑槽后，t形滑槽的窄口对扣压爪形成轴向约束与周向约束，仅释放径向自由度，从而扣压爪仅能沿径向做直线往复运动，不会在扣压力作用下发生轴向窜动或周向偏转。

21、相邻扣压爪之间连接有复位拉簧，复位拉簧沿周向跨接于相邻两个扣压爪之间。当锥形压环轴向前移压迫各扣压爪向心收缩时，相邻扣压爪之间的周向间距减小，复位拉簧被拉伸储能；当锥形压环轴向退回后，复位拉簧释放弹性势能将相邻扣压爪沿径向拉开复位至张开状态，为下一次工件装入提供入料空间。

22、本发明方案中，扣压爪的内侧设有扣压工作面，扣压工作面为与端盖板卷边裙外廓共形的弧形面，使扣压力沿卷边裙的周向均匀分布，压痕连续而无局部应力集中。

23、本发明方案中，每个爪笼盘上的扣压爪数量为八个并沿周向均布。在一些发明方案中，每个爪笼盘上的扣压爪数量为六至十二个中的任一值并沿周向均布，可根据卷边裙的直径与壁厚选取适当的爪数以兼顾扣压均匀性与结构紧凑性。

24、由于t形滑槽对扣压爪形成轴向与周向双向约束，扣压爪在锥面滑动副的楔形力作用下仅沿径向收缩而不发生偏斜，因此各扣压爪的径向扣压位移一致，卷边裙的周向压缩量均匀。由于相邻扣压爪之间连接有复位拉簧，锥形压环退回后扣压爪被可靠拉开，因此保证了每个工作循环的扣压爪复位可靠性。

25、发明方案3

26、在发明方案1的基础上，本发明方案对锥形压环内锥面与扣压爪外锥面之间的锥面半角范围作进一步限定。

27、锥形压环的内锥面与扣压爪的外锥面的锥面半角为～，且锥面半角大于内锥面与外锥面之间的当量摩擦角，其中，为锥面间的滑动摩擦系数。

28、锥面半角的下限取的依据如下：钢与钢在润滑条件下的滑动摩擦系数的典型值为～，对应当量摩擦角为～，取保证，即锥面滑动副在回程时不自锁，锥形压环轴向退回时扣压爪可被复位力可靠拉开。

29、锥面半角的上限取的依据如下：楔面的轴向力至径向力的名义放大比为，当时放大比为，保证液压缸提供的轴向推力经锥面滑动副转换后获得不小于倍的径向扣压力。

30、本发明方案中，锥面半角取，此时，名义放大比约为，非自锁裕度充分。

31、由于锥面半角大于当量摩擦角，锥面滑动副处于非自锁状态，因此锥形压环退回时扣压爪能够在复位力作用下可靠张开，不会因锥面自锁而导致扣压爪无法复位。由于锥面半角不大于，楔面的名义放大比不小于，因此在液压缸输出轴向力有限的条件下仍能获得足够的径向扣压力以完成卷边裙的塑性变形。

32、发明方案4

33、在发明方案1的基础上，本发明方案对每组扣压机构中液压缸的数量、布置方式以及推进环板的导向结构作进一步限定。

34、每组扣压机构包括两个液压缸，两个液压缸固定于支撑立板的外侧且关于所述水平轴线对称布置，即两个液压缸的轴线分别位于所述水平轴线的两侧且与该水平轴线的距离相等。两个液压缸的活塞杆分别穿过支撑立板与同一推进环板固定连接，两个活塞杆同步伸出时对推进环板施加的轴向推力的合力作用线与所述水平轴线重合，推进环板不受倾覆力矩，从而锥形压环沿轴向平稳推进，各扣压爪的径向收缩量一致。

35、进一步的，推进环板的内孔中固定有导向衬套，导向衬套的内圆面与中空支撑筒的外圆面滑动配合，构成移动副。导向衬套在推进环板沿轴向推进过程中持续约束推进环板相对于中空支撑筒的径向偏移与倾斜，保证锥形压环的内锥面与各扣压爪的外锥面始终均匀贴合。

36、由于两个液压缸关于所述水平轴线对称布置且共同驱动同一推进环板，推力合力作用线与扣压轴线重合，因此消除了单缸偏载导致的推进环板倾覆力矩，锥形压环不会偏斜推进。由于导向衬套与中空支撑筒外圆面滑动配合，推进环板在全行程内受到径向约束，因此各扣压爪的径向收缩同步且不偏斜，卷边裙的周向扣压量均匀。

37、发明方案5

38、在发明方案1的基础上，本发明方案对同步机构的具体结构与安装方式作进一步限定。

39、同步齿轮固定套设于齿轮轴，齿轮轴通过滚动轴承转动安装于轴承座内，轴承座固定于机座的中部区域。齿轮轴的轴线沿垂直于所述水平轴线的宽度方向延伸，同步齿轮随齿轮轴绕该轴线转动，构成转动副。齿轮轴通过轴肩与轴承端盖的轴向定位结构限制轴向窜动，确保同步齿轮与两根同步齿条的啮合位置在工作过程中保持稳定。

40、每根同步齿条通过齿条托架与对应侧推进环板的底部固定连接，齿条托架将同步齿条的位移与推进环板的位移刚性绑定。两根同步齿条平行于所述水平轴线延伸，分别从同步齿轮的相对两侧与同步齿轮啮合，即一根同步齿条从同步齿轮的一侧进入啮合，另一根同步齿条从同步齿轮的相对另一侧进入啮合。

41、需要说明的是，同步机构置于两组扣压机构之间且位于工件承托区域的竖向下方，不占用工件沿轴向送入的操作空间。齿轮轴线至两根同步齿条节线的距离均等于同步齿轮的分度圆半径，保证两根同步齿条的位移传递比严格为一比一。

42、由于两根同步齿条通过齿条托架分别与对应侧推进环板底部刚性固定，同步齿条的轴向位移与推进环板的轴向位移一致，两根同步齿条从同步齿轮的相对两侧啮合使同步齿轮转动时两根同步齿条以相等速度反向移动，因此两侧推进环板的行程被齿轮齿条副的运动学关系刚性约束为实时相等。由于同步机构位于工件承托区域的竖向下方，因此不影响工件沿轴向的装卸操作。

43、发明方案6

44、在发明方案1的基础上，本发明方案对浮动托架的具体结构作进一步限定。

45、浮动托架设置为两组，分别位于两个爪笼盘之间的机座区域上，沿所述水平轴线方向间隔布置。每组浮动托架包括托架底块、托架立柱以及仿形托块。

46、托架底块固定于机座，作为浮动托架的基座。托架立柱设于托架底块之上，托架立柱上沿竖向开设有腰形调节槽，腰形调节槽为长条形虚拟结构，开设于托架立柱的板体内，腰形调节槽的长度方向沿竖向延伸。紧固件穿设于腰形调节槽并穿入托架底块，松开紧固件时托架立柱可沿腰形调节槽的长度方向相对于托架底块做竖向高度调节，锁紧紧固件后托架立柱与托架底块固定连接。

47、仿形托块固定于托架立柱的顶端，仿形托块的顶部托面为与气囊总成外廓共形的弧形面，气囊总成放置于两组仿形托块的弧形托面上时，弧形托面与气囊总成的外圆面贴合承托，工件轴线与两组扣压机构的共用水平轴线重合。

48、由于托架立柱上开设有腰形调节槽，托架高度可按不同规格气囊总成的外径调节，因此同一设备可适配多种规格的气囊总成而实现快速换型对中。由于仿形托块的托面与气囊总成外廓共形，承托面积较大，因此气囊总成在双端对称扣压力作用下允许微量自适应浮动对中而不被过定位约束。

49、发明方案7

50、在发明方案1的基础上，本发明方案对气密检测模块中电磁阀块的内部构成与气路连接关系作进一步限定。

51、电磁阀块包括进气电磁阀、检测隔离阀和排气电磁阀，三个阀集成安装于同一阀块体内并固定于机座。储气罐通过罐座鞍块固定于机座，罐座鞍块为弧形鞍状构件，罐座鞍块的弧形面与储气罐的外圆面贴合承托并通过紧固件将储气罐固定于机座。储气罐的出口经罐阀连接管与进气电磁阀的进口连通。进气电磁阀的出口与检测隔离阀的进口连通，检测隔离阀的出口与检测气管连通，排气电磁阀的进口与检测隔离阀的出口侧连通，排气电磁阀的出口通向大气。

52、压力变送器设置于检测隔离阀与快插检测接头之间的检测气管上。在保压检测期间，进气电磁阀关闭、检测隔离阀切断气源侧，由气囊总成内腔、检测气管封闭段以及快插检测接头内部通道构成封闭容积，压力变送器仅监测该封闭容积的气体压力，排除了气源压力波动对压降采集的干扰。

53、由于进气电磁阀、检测隔离阀与排气电磁阀三个阀分别独立控制充气、保压隔离与排气三种气路状态，因此气密检测过程中充气阶段、保压检测阶段与排气阶段的气路切换互不耦合。由于检测隔离阀在保压检测期间切断气源侧，压力变送器采集的压力仅反映封闭容积内因泄漏导致的压降，因此压降判定结果不受气源压力波动的干扰。

54、发明方案8

55、在发明方案1的基础上，本发明方案对扣压爪张开状态下的尺寸约束关系作进一步限定，以保证工件沿轴向装入时无干涉。

56、若干扣压爪处于张开状态时，各扣压爪内侧的扣压工作面所围成的内切圆直径大于气囊总成端盖板卷边裙的外径，从而卷边裙可沿轴向无干涉地进入扣压爪包络的环形入料空间。爪笼盘的中心让位孔的直径大于端盖板盘体的外径，从而端盖板盘体可沿轴向无干涉地穿过中心让位孔。

57、由于扣压爪张开状态的内切圆直径大于卷边裙外径，中心让位孔的直径大于端盖板盘体外径，因此气囊总成沿轴向送入时端盖板与卷边裙均可无干涉地进入各自对应的空间，避免了装件过程中工件与扣压爪或爪笼盘发生碰撞。

58、发明方案9

59、在发明方案1至发明方案8中任一发明方案的基础上，本发明方案对控制器的控制方式以及扣压过程的闭环控制逻辑作进一步限定。

60、控制器为plc控制器，液压缸配置有位移传感器，位移传感器固定于液压缸的缸体并采集活塞杆的伸出行程，液压缸的液压油路上配置有油压传感器，油压传感器采集液压缸进油路的油压。位移传感器与油压传感器均与控制器电连接，控制器根据位移传感器的行程信号与油压传感器的油压信号对扣压过程进行力与位移双闭环控制。

61、在扣压过程中，控制器实时比较位移传感器反馈的实际行程与设定扣压行程，并实时比较油压传感器反馈的实际油压折算的扣压力与设定扣压力，当行程到达设定扣压行程且扣压力到达设定值时，控制器判定扣压到位并使液压缸转入保压状态。

62、由于扣压到位判定采用行程到达与力值到达双条件，因此既防止行程不足导致卷边量不够而引发泄漏，又防止力值过大导致子口胶料被过度压缩而损伤帘线。

63、发明方案10

64、在发明方案1至发明方案9中任一发明方案的基础上，本发明方案提供一种空气悬架气囊双端同步扣压与气密检测一体化方法，采用上述设备实施，包括以下步骤。

65、步骤一，上料对中：将两端预装有端盖板的气囊总成置于浮动托架，使气囊总成的轴线与两组扣压机构的共用水平轴线重合，充气嘴朝向穿设有检测气管的一侧，将快插检测接头与充气嘴密封连通。

66、步骤二，双端同步扣压：控制器控制两侧液压缸同步进给，推进环板推动锥形压环沿轴向前移，锥形压环的内锥面压迫扣压爪沿径向滑槽同步向心收缩，两端的扣压爪分别将对应端盖板的卷边裙径向压紧于橡胶波纹气囊两端的子口，同步机构强制两侧推进环板的行程实时相等，当液压缸行程到达设定扣压行程且扣压力到达设定值时判定扣压到位。

67、步骤三，原位气密检测：扣压到位后液压缸保压，扣压爪保持夹紧状态，开启进气电磁阀经检测气管向气囊总成内腔充气至检测压力，关闭进气电磁阀，检测隔离阀切断气源侧，经稳压时间后由压力变送器连续采集检测时间内的压降。

68、在一些发明方案中，检测压力为气囊总成额定工作压力的～倍且不大于储气罐的额定压力，稳压时间为～，检测时间为～，合格阈值按允许泄漏率、气囊总成内腔及检测气路的有效容积和检测时间由关系式折算确定。

69、进一步的，为消除充气后气体压缩温升对压降采集的干扰，对采集的压力值按关系式进行温度补偿，其中、为检测起始时刻封闭腔内气体的绝对压力与热力学温度，、为检测结束时刻的绝对压力与热力学温度，为补偿后的结束压力，压降取。

70、步骤四，判定与原位补扣：若压降不大于合格阈值，则判定气密合格，开启排气电磁阀泄压，液压缸回程带动锥形压环退回，扣压爪在复位拉簧作用下张开，拔下快插检测接头后取件下线。若压降大于合格阈值且不大于补扣上限，则在保持扣压爪夹紧及气路连通状态下，控制器控制两侧液压缸在同步机构约束下补进设定的补扣行程后返回步骤三复测，补扣复测次数不超过设定次数。若压降大于补扣上限，或达到设定补扣次数后复测仍不合格，则排气泄压后判定为不合格件下线。

71、在一些发明方案中，补扣行程为～，设定次数为次。

72、由于气密检测在扣压爪保持夹紧的状态下原位进行，扣压与检测两道工序合并于同一工位，因此省去了工件转运与二次定位所占用的节拍。由于检出的轻度泄漏件在原扣压位姿下由液压缸补进微量行程实施补扣返修，补扣位置与原扣压位置天然重合，因此避免了二次装夹返修引入的新定位误差。由于补扣行程与补扣次数均受设定值约束，因此避免了过度压缩对子口胶料与帘线的损伤。由于设置稳压时间并对压力采样值进行温度补偿，因此消除了充气温升对压降判定结果的干扰，压降值能够真实反映封闭容积的泄漏情况题。