軸承前蓋、後擋智能測量選配係統的（de）研製
2019-11-12 來源：神華鐵（tiě）路貨車運輸責（zé）任公司（sī）包頭車輛維（wéi）修等 作者：秦春林 孫寶民 尹（yǐn）建鋒
輪軸是鐵路車輛中的（de）重要互換（huàn）部件之一，其技術狀（zhuàng）態直接影（yǐng）響（xiǎng）鐵路車輛的運行安全和速度。軸承（chéng）、軸承附件與輪對的選配壓裝，其技術狀態（tài）直接影響車輛的運行安全。軸承與輪對軸徑的選（xuǎn）配（pèi）壓裝（zhuāng）一（yī）直（zhí）被作為保障安全的（de）關鍵指標，所以曆來受到重視，軸承選配壓裝的各種自（zì）動化設備發展比較快，目前（qián）已比較齊全（quán），自動化程度（dù）高。但是軸承附件一直以來都沒有得（dé）到足夠的重視，然而軸（zhóu）承附件的選配壓裝也至關重（chóng）要，後擋選配不（bú）合適，壓裝產（chǎn）生裂紋、斷裂同樣影響鐵路車輛的運行安全，但是（shì）目（mù）前還沒有一套自動係統能夠完成（chéng）軸承附件檢修的所（suǒ）有工序，以（yǐ）及選配工作。
本文闡述研（yán）製一套係統完（wán）成軸承前（qián）蓋和後擋的檢修（xiū）選配（pèi）工作（zuò），根據《鐵路貨車輪（lún）軸組裝檢修（xiū）及管（guǎn）理規則》（鐵總運[2016]191 號）及其相關文件規定的檢修項目（mù）及選配（pèi）原則，設計軸承前蓋、後擋智能測量選配係統（tǒng）。該（gāi）係統可對貨車 60 t，70 t 軸承前蓋、後擋，進行自動清洗、烘幹、測量、智（zhì）能分類並按規格公差存放（不合格（gé）品直接放入廢料箱） 和計算機自動（dòng）化管理的智能係統。
1、預期目標
（1）設計完成一套適用於鐵路貨車輪軸檢修的軸承前蓋、後擋輸送、清洗、烘幹、測量（liàng）、選配、存放係統（tǒng），實現對軸（zhóu）承前蓋（gài）、後擋檢修的（de）流水線作業。
（2）清洗（xǐ）、烘幹、測量裝置技術滿足工藝要求，均達到行業（yè）較高水平。
（3）係統作（zuò）業節拍≥1.6 件/min。
（4）係統大修周期達到 5 a，係統整體使用壽命≥10 a。
（5）軸承前蓋、後擋清洗、烘幹、智能測量（liàng）選配係統的（de）設備日常檢查（chá）標（biāo）準和設備檢修標準。
2、係統工藝過程及布局（jú）（圖（tú） 1）
3、係統主要組成（chéng）及主要參數
（1）係統的主要組（zǔ）成。輸送線、清洗室、烘幹室前、後（hòu）擋測（cè）量機、蓋測量機、上下料機（jī）械手、機器人智能選配及存儲、存儲庫、工控機、電控櫃、氣路係統和工作軟件。
（2） 係統主要技術參數。係（xì）統總功率：＜75 k W；電源：AC380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五（wǔ）線製，保（bǎo）護接（jiē）地；氣源（yuán）種類：
圖（tú） 1 工藝流程
壓縮（suō）空氣（經過淨化（huà））；氣源壓力（0.35～0.7）MPa；工作壓力 0.4MPa；生產能力：一班（bān）（7 h）檢修 60 輛車的前（qián）蓋、後擋；生產形式：雙工位；係統作業節拍≥1.6 件/min，係統（tǒng）運行方式：連續/
間歇；係統運行控製（zhì）方式：手動/自動；係統運行（háng）速度：可調。
主要部件的組成和主要技術參數
4.1 輸送線
（1）主要組成。減速機驅動裝置總（zǒng）成、頭部傳動總（zǒng）成、鏈條總成、尾部張緊裝置總成、結構（gòu）鋼（gāng）支撐架總（zǒng）成、網狀托（tuō）物（wù）架、電器控製總成和安全保護裝置等幾大部件構成。
（2）輸（shū）送線的主要技術參數。
①輸送線形式（shì）：傳送帶（dài）（不鏽（xiù）鋼網鏈）結構；立體循環形式；
②驅動形式：電機驅動；
③調速方式：變頻調速（無極調速）；
④運行方式：連（lián）續和間（jiān）歇式（可切換（huàn））；通過式流水（shuǐ）作業；
⑤運（yùn）行速度：（0.1～6）m/min（可調）；
⑥傳（chuán）送帶承載能（néng）力：≤250 kg/m2；
⑦輸送線長 10 000 mm、寬（500～550）mm、高700 mm；
⑧工（gōng）作溫度（dù）：（-20～60）℃；
⑨工作噪聲：≤50 d B。
（3）輸送線功能。該輸送線承擔軸承前（qián）蓋、後擋進行清洗（xǐ）、烘幹、測量作業工序的銜接和輸送物料的功能，輸送線根據軸承（chéng）前蓋、後擋外形尺寸（cùn）結構設計為（wéi）雙排雙工位（一排放置（zhì）前蓋、一排放置後擋），輸（shū）送線材料選用不鏽鋼，設計高度符（fú）合現（xiàn）場人工作業易上料操作（zuò），輸送線長度根據現場位置、工作節拍及作業量進行設計（jì），傳輸速度及存放工位數量根據清洗、烘（hōng）幹及測量節拍合理配置，輸送速度範圍內可調，輸送線設（shè）計結構合理、故障率低，易於後期保養和維修。
（4）工藝過程。人工上料時（shí）采用連續模式，當清洗機前的（de）所有工（gōng）位（wèi）放滿後，輸送線自動進入間歇模式，此時係統開（kāi）始進入清洗、烘幹、測量等工作（zuò）狀態；當（dāng）最後一組工件被運至測量機工位時，輸送線重新轉入連續模式，如若有人工上料，則輸送線繼續運行，否則（zé）輸送（sòng）線停止工作。
4.2 清洗、烘幹機（jī）
軸承前蓋和後擋（dǎng）清洗（xǐ）、烘幹機是按照鐵總運[2016]191 號文件規定的清（qīng）洗、烘幹標準，對貨車軸承前（qián）蓋（gài）和後擋進行（háng）自動清洗（xǐ）、烘幹的智能係統。該係統可用於清洗（xǐ）工件表麵的鐵（tiě）屑、油汙、廢塵等；吹幹後工件表麵無滴（dī）油、磕碰傷等現象。
清（qīng）洗效率高，清洗後配件表麵無殘留（liú）汙漬，效果符合現場（chǎng）檢修要求，清洗機整體材料采用不鏽鋼，設計汙水（shuǐ）槽、清水槽、過濾（lǜ）裝（zhuāng）置及高壓水（shuǐ）泵裝（zhuāng）置（zhì），結（jié）構設計（jì）合理，布局緊湊，換水作業方便（biàn）。
烘幹裝置用於清（qīng）洗完成後的烘幹作（zuò）業，烘幹後配件徹底幹燥，符合現場測量要求。清洗、烘幹裝置的工藝節拍與測量機構配合設計，保證流水線作業流暢。
（1）主（zhǔ）要組（zǔ）成。該設備有 2 個噴淋清（qīng）洗室、1 個風幹室、1 個熱風烘幹室，共 4 個工位。
（2）主要性能
①設（shè）備用途：滿足軸承（chéng）前蓋、後檔清洗（xǐ）和烘幹（gàn）的要求；
②適應範圍：新（xīn）造、檢（jiǎn）修 60 t，70 t 貨車軸承前蓋和後擋；
③清洗方式：前蓋、後擋成套，工件同時進行（háng）高壓噴淋清洗（xǐ）；
④清洗效果：用於清洗工件表麵的（de）鐵屑、油汙（wū）和廢塵等；
⑤烘幹方式：循環熱風（fēng）加常溫壓縮空氣風刀；
⑥吹幹效果：吹幹後工件表（biǎo）麵無滴油、磕碰傷等現象；
⑦工藝（yì）流程：人工上（shàng）料→在線輸送→噴淋粗清洗→噴淋精清（qīng）洗→風泵（bèng）吹幹→熱風烘幹→過渡→風泵吹（chuī）勻、降溫→測（cè）量工位。
（3）設備技術參數（shù）。清洗工件：前蓋、後檔；清（qīng）洗能力（lì）（產量）：日工作量滿足 49 台車；生產節拍：≥1.6 件/min；零件通過最大高度：250 mm；設備工作時（shí）間：7 h/d；
清（qīng）洗（xǐ）液：水劑、清洗劑、防鏽劑；作（zuò）業方式：流水線作（zuò）業，通過式，風（fēng）源壓強（0.4～0.6）MPa；工作噪聲（shēng）≤50 d B；汙染環境：無；工作速度 0.5 m/min；線速度（dù）（0.1～5）m/min 可調（變頻調（diào）速）；噴淋（lín）段水壓（0.5～6）MPa，流量 10 m3/h，電機功率 4 k W；加熱功率 45 k W/380 V（交流）；設備總功率：約 65 k W；加熱功率：45 k W/380 V（交流）；總重量：約 3 t；電源（yuán）電壓 AC380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線（xiàn）製，保護接地；控製方式：手動和（hé）自動（dòng）可切換；指示方式：溫度指示，噴淋槽溫度顯示；過載保護（hù）：電機、泵、風機過載；溫度異常；急停保護。液（yè）位報警：液位控製欠
液報警指示。
4、前蓋測量機（jī）
（1）主要組（zǔ）成部分。機架總成、測量（liàng）部及定位機構、上料機構、下料機構、氣路係統、電（diàn）控部、工控機、故障診斷係統（tǒng）和工作軟件。
（2）各部分（fèn）功能介紹。機（jī）架總成：測量部（bù）基礎、設備的基礎與框架；定位（wèi）機構及測量部：對前蓋進行定位並對軸頸配合（hé）麵直徑和台階高度（dù）進行測量；上料機構：將前（qián）蓋（gài）從輸送線上，運至測量位（wèi）置（zhì），完成前（qián）蓋的自（zì）動上料；下料（liào）機構：對測（cè）量完成的（de）前蓋下料；工控（kòng）機：完成測量（liàng）全過程的控製及測量數據的處理、貯存、打印輸出；電、氣控製部：設備電源、電氣控製；氣源及氣動控（kòng）製；氣（qì）路係統：支持測（cè）量部動作（zuò）；故障自診斷係統：在係統（tǒng）運行（háng）過程中，進行監控，出現故障時，報警，自動停機。
（3）主要性能。主要功能：實（shí）現自動上、下料及前蓋尺（chǐ）寸的自動檢測，判定是否合格（gé）；
測量項目：軸（zhóu）頸配（pèi）合麵直（zhí）徑，軸頸配合麵台階高（gāo）度；適應範圍：新造、檢修貨車（chē） 60 t，70 t 軸承前蓋；測量機采用（yòng）開放式數據庫：係統采用 Windows2000 以上版本（以方便和其他子係統聯網和數據共享）；測量（liàng）具體位置及標（biāo）準：測（cè）量的具體位置和標準按相關規定執行；附屬配置：測量裝置配備有自（zì）動上、下料（liào）裝置，能夠自動完成測量機的上、下料工（gōng）作，實現設（shè）備生產的自動化。
（4）主要技術參數。節拍時間＜1 min（上、下料、測量）；電源AC 380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線製（zhì），保護接地；額定電流（liú） 2 A/AC 380 V，3 A/AC 220 V；功率消耗＜2 k W；氣源種類：壓縮空氣（經過淨化）；氣源壓力（0.35～0.7）MPa；工作壓力 0.35MPa；測量精度：檢測重複精度 0.01 mm；測量精度±0.01 mm；分辨率 0.001 mm；測量方式：相對測量原理接觸式測量方式。
（5）係統工作原理。係統基本工作（zuò）原理如圖（tú） 2 所示，測量工藝過程：輸送線輸送前蓋至測量機上料（liào）工位（wèi）→上料機械手把前蓋抓放至測量位→各測量單元進入測量位→各測量單元進行（háng）測量取值（zhí）→測量結束各測量單元複（fù）位→保存測量數據並分析測量結果（guǒ）→下料機械手下料。
（6）參數的測（cè）量方法。本測量係統采用的是相對測量原理，采用接觸式測量方式。全部測量及動作過（guò）程均由計算機自動控製，自動完（wán）成。
4.4 後擋測量機
該係統可提高軸承（chéng）後擋（dǎng）檢測的精度、選配可靠（kào）性、穩定性（xìng）及可（kě）追溯性；配（pèi）合鐵路車輛計算機網絡化管理係統，為保（bǎo）障鐵路（lù）車輛的運行安全，提供了快捷、準確、可靠的手段；可與HMIS 聯網，並（bìng）可與上下位機聯網與數據共享。
圖 2 係統基本工作原理
（1）主要組成部分。機架總成、測量部 1、定位機構及測（cè）量部2、上料機構、下料（liào）機構、氣路係統、電控部、工控機、故（gù）障診斷係統（tǒng）和工作軟件。
（2）各部分功能（néng）介（jiè）紹。機架總成：測量部（bù）基礎（chǔ）、設備的基（jī）礎與框（kuàng）架；測（cè）量部 1：對密封座配合麵及台階高度等部分進行測量；定位機（jī）構及測量部 2：對後（hòu）擋（dǎng）進行定位並對防塵板座配合麵直徑進（jìn）行測量；上料機構（gòu）：將後擋從輸送線上，運至測量位置，完成後擋的自動上料；下料機構：對測量完成（chéng）的後擋下料；工控機：完成測量全過程的控製及測量數據的（de）處（chù）理、貯存、打印（yìn）輸出。電、氣控製部：設備電源、電氣控製；氣源（yuán）及氣動控製；氣（qì）路係統：支持測量部動作；故（gù）障自診斷係（xì）統：在係統運行過程（chéng）中，進（jìn）行監控，出現故障時，報警，自動停機（jī）；
（3）主要性能。主要功能：實現自動上、下料及後擋尺寸的檢測，判定是否合格；測量（liàng）項目：防塵板座配合麵直徑，密封座配合麵直徑，端麵高度、槽深度，後擋翹曲（qǔ）度；適應範圍（wéi）：新（xīn）造、檢修貨車 60 t，70 t 軸承後擋（dǎng）；測量（liàng）機采用開放式數據庫（kù）：係統采用Windows2000 以上版本 （以方便和其他子係統聯網和數據共享）；測（cè）量具體位置及標準：測量的具體位置和標準按相關規定執行；附（fù）屬配：測量裝置配備有（yǒu）自動上、下料裝置（zhì），能夠自動完成測量機的上、下（xià）料工作，實現設備（bèi）生產的自動化；
（4）主要技術參數。節拍時間：＜1 min（上、下料、測量）；電源電壓（yā）：AC 380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線製，保護接地；額定電流（liú）：2 A/AC 380 V，3 A/AC 220 V；功率消耗（hào）＜2 k W；氣源種類（lèi）：壓縮空氣（經過淨化）；氣源壓力（0.35～0.7）MPa；工作（zuò）壓力 0.35 MPa；測量精度：檢測重複精度 0.01 mm；測量（liàng）精度±0.01 mm；分辨率：0.001 mm；測量方式：相對測量原理接觸式測量方式。
（5）係統工作原理。係統基（jī）本工作原理如圖（tú） 3 所示，測量工藝過程：輸送線輸送後（hòu）擋至測量機（jī）上料工位→上料機械手把後擋抓取放至測（cè）量位→定位機構對後擋進行夾緊定位→測量裝部1 下降到位→測量部（bù） 1，2 各測量單元同時對（duì）後擋測量取值→測量結束（shù）各測量單（dān）元複位（wèi）→保存（cún）測量數據並分析測量結（jié）果→下料機構下料。
圖 3 係統基本工作原理
（6）參數的測量方法。本測量係統采用的是相對測量原理，采用接觸式測量。全部測量（liàng）及動作過（guò）程均由計算機自動（dòng）控製，自動完成。
4.5 機器人智能分類存儲係（xì）統
分類存儲係（xì）統用於軸承前蓋、後（hòu）擋的智能分（fèn）類，免去人工選配（pèi）工作，為後續軸承壓裝（zhuāng）工位服務。軸承前蓋、後擋（dǎng）尺寸經測量機檢測完成後，測量機（jī）自（zì）動判別合格與否並判定品種和（hé）降級規（guī）格，由機器人接受測量機傳（chuán）輸的前（qián）蓋、後檔數據進行分類，不合格品放置於不合格品區域，同時（shí）對合格的後擋要實現（xiàn）按公差帶範圍（wéi）和類別分別存放在各自的運料小（xiǎo）車上，10 個為一份（fèn），每輛小車可存放 8 份，計 80 件工件。測量機測量結果並（bìng）與現有HMIS 係統資源共享、與現有軸承壓裝機實現軸承前蓋、後擋的智能（néng）分類功能。
（1）機器人主要功能。對測量機傳輸來的前蓋（gài）、後擋數據進行分析和執行，根（gēn）據前、後擋選配原則（zé）進行分類存放，實現從檢測（cè）工位拿取工（gōng）件、旋轉、移動將合格品放置在指定的位置。
（2）機器人技術參數。軸數：3 軸；重複定位進度±0.1 mm；腕部連接法蘭：ISO 9409-1-A100；抓取重量 8 kg；防護等級（jí）：IP65/IP67；運動範圍 1300 mm（最大（dà）前後（hòu）跨度）；電源頻率（50～60）Hz（±2 Hz）；電器容量（liàng） 12 k V·A；工作環境（jìng）溫度（+5～+45）℃；環境溫升要求 1.5 ℃/min。
（3）完成一個工件單個循環（huán）節拍 20.5 s。
（4）機器人自動化分類方案。設備通信：工件檢測機跟機器人交互作業時，工件檢測機提供呼（hū）叫、完成兩組信號；工件檢測機檢（jiǎn）測完畢呼叫機器人抓取零件，以及機器人（rén）抓取完成退（tuì）到安全區（qū）後給工（gōng）件檢測機完成信號；工件（jiàn）類型（xíng）、選配相關數據由（yóu）檢測機判斷比較（jiào）完成，機器人隻接收，分類好的產品編碼。例如：當前檢測一（yī）個零件，檢測完成後，檢測機告訴機器人，這個（gè）零件（jiàn）是前蓋或後擋的原型或降幾級。
5、結束語
該係統（tǒng）可提高軸承前蓋、後擋檢測的（de）精度、選配可靠性、穩定性及可追溯性並且提高勞動生產率（lǜ）、降低工人勞（láo）動強度、改善了作業環境；配合鐵路車輛計算機網絡化管理係統（tǒng），為保障鐵路車輛的運（yùn）行安全，提供了快捷、準確（què）、可靠的（de）手段；可（kě）與 HMIS（Hmanagement Information System，鐵（tiě）路貨車技術管理信息係統）聯網，並可與上下（xià）位機聯（lián）網與數（shù）據共享。
該係統在鐵路車輛檢修中具有創新性。測量使用先進、成熟（shú）的測量技術；選配和存放使用工業智能機器人，效（xiào）率高、穩定可靠。配合鐵（tiě）路係統的網絡化管理（lǐ）、減員增效保障鐵路車輛的安全運行具有重要的現實（shí）意義。
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