軸承前蓋、後擋智能測量選配係統的研製
2019-12-9 來源：內蒙古包（bāo）頭 河南鄭州 作（zuò）者：秦（qín）春林 孫寶民 尹建鋒
引言
輪軸是鐵路車輛中的（de）重要互換部件之一，其技術狀態直（zhí）接影響鐵路車輛的運行安全和速度。軸承、軸（zhóu）承附件與輪對的選配壓裝，其技術狀態直接影響車輛的運行安（ān）全。軸承（chéng）與輪對軸徑的選配壓裝一直被作為保障安（ān）全的關鍵指標，所以曆來受到重視，軸承選配壓裝的各種自動化設備發展比較快，目前（qián）已比較齊全，自動化程（chéng）度高（gāo）。但是軸承附件一直以來都沒有得到足夠（gòu）的重視，然而軸承附件（jiàn）的選配壓裝也至關重要，後擋選配不合適，壓裝產生裂紋、斷裂同樣影響（xiǎng）鐵（tiě）路車輛的運行安全，但是目（mù）前還沒有一套自動係統能夠完成軸（zhóu）承附件（jiàn）檢修的所有工（gōng）序，以及選配（pèi）工作（zuò）。
本文闡述研製一套係統完成（chéng）軸（zhóu）承前蓋和後擋的檢修選配工作，根據《鐵路貨車輪軸組裝（zhuāng）檢（jiǎn）修及管理規則》（鐵總運[2016]191 號）及其（qí）相關文件規定的檢修項目及選配原則，設計軸承前蓋、後擋智能（néng）測量選（xuǎn）配係統。該係統可（kě）對貨車 60 t，70 t 軸承前蓋、後擋，進行自動清洗、烘幹、測量、智能分類並按規格公差存放（fàng）（不合格品直接（jiē）放入廢料箱） 和計算機自動化（huà）管（guǎn）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（qián）蓋、後擋輸送、清洗、烘幹、測量、選配、存放係統，實現對軸（zhóu）承前蓋、後擋檢修的流水線作業。
（2）清洗、烘幹、測量（liàng）裝置技術滿足工藝要求，均達到行業較高水平。
（3）係統作（zuò）業（yè）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（dǎng）清洗、烘幹、智能測（cè）量選配係統的設備日常檢查標準和（hé）設備檢修標準。
2 係統工藝過程及布局（圖 1）
3 係統主要組成及主要參數
（1）係統的主要組成。輸送線、清洗室（shì）、烘（hōng）幹室前、後擋測量機、蓋（gài）測量機、上下料機械（xiè）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（jiàn）。
（2） 係統主要技術參數。係統總功率：＜75 k W；電源：AC380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線製，保護接地；氣源種類：壓縮空氣（經過淨化）；氣源壓力（0.35～0.7）MPa；工作（zuò）壓力 0.4MPa；生產能力：一班（7 h）檢修（xiū） 60 輛（liàng）車的前蓋、後擋；生產形式：雙工位；係統作業節拍≥1.6 件/min，係統運行（háng）方式：連續/間歇；係統運行控製方式：手動/自動；係統運行速度：可調。
圖 1 工藝流程
4 主要部件的組成和（hé）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（chuán）動總成、鏈條總成、尾部張緊裝置總（zǒng）成、結構鋼支撐架總成、網狀托物架、電器（qì）控製總成（chéng）和安全（quán）保護裝置等幾大部件構成。
（2）輸送線的主要技術參數。①輸送線形式：傳送帶（不鏽鋼網鏈）結構；立體循環形式；②驅（qū）動（dòng）形式：電機驅動；③調速方式：變頻調速（無極調速）；④運行方式：連續和間歇式（可切（qiē）換）；通過式流水作業；⑤運行速度（dù）：（0.1～6）m/min（可調）；⑥傳送帶承載能力（lì）：≤250 kg/m2；⑦輸送線長 10 000 mm、寬（500～550）mm、高（gāo）700 mm；⑧工作溫度：（-20～60）℃；⑨工作噪聲：≤50 d B。
（3）輸送線功能。該輸送線承擔軸承（chéng）前蓋、後擋進行清洗、烘幹、測量作業工序的銜接和輸送物（wù）料（liào）的功能，輸送（sòng）線根據軸承前蓋、後（hòu）擋外形尺寸結（jié）構設計為雙（shuāng）排雙工位（一排放置前蓋、一排放置後擋，輸送線材料選用不鏽鋼，設計高度符合現場人工作業（yè）易上料操作，輸送（sòng）線長度根據現場位置、工（gōng）作節拍及作業量進行設計，傳輸速度及存放工位數量根（gēn）據（jù）清洗、烘幹及測量節（jiē）拍（pāi）合理（lǐ）配置，輸送速度範圍內可調，輸送線設計結構合理、故障率低，易於後期保養和維修。
（4）工藝過程。人工（gōng）上料時采用連續模式，當清洗機（jī）前的所有工位放滿後，輸送線自動進入間歇模式，此時（shí）係統開始進入清洗、烘幹、測量等工作狀（zhuàng）態；當最後（hòu）一（yī）組工件（jiàn）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（liào），則輸送線繼續運行，否則輸送線停止工作。
4.2 清洗、烘（hōng）幹機（jī）
軸承前蓋和後擋清洗（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（huò）車軸承（chéng）前蓋和後擋進行自動清洗、烘幹的智能係統。該係統可用（yòng）於清洗工（gōng）件表麵的鐵屑、油汙、廢塵等；吹幹後工件表麵無滴油、磕碰傷等現象。
清洗效率高，清洗後（hòu）配件表麵無殘留汙漬，效果符合現場檢修要求，清洗機整體材料采用不鏽（xiù）鋼，設計汙水槽、清水槽、過濾裝置及高壓水泵裝置，結構設計合理，布局緊湊，換水作業方便。
烘幹裝（zhuāng）置（zhì）用於清洗完成後（hòu）的烘幹作業，烘幹後配（pèi）件徹底幹燥，符合（hé）現場測量要求。清洗、烘幹裝（zhuāng）置的工藝節拍與測量機構配（pèi）合設計，保證流水線作業流暢。
（1）主要組成。該設（shè）備有 2 個噴淋清洗室、1 個風幹室、1 個熱風烘幹室，共 4 個工位。
（2）主（zhǔ）要性能。①設備用途：滿足軸承前蓋、後檔清洗和烘幹的要求；②適應範圍：新造、檢修 60 t，70 t 貨車軸承前蓋和後擋；③清（qīng）洗方式：前蓋、後擋成套，工件同時進行高壓噴淋清洗。④清洗效果（guǒ）：用於清洗工件表麵（miàn）的鐵屑、油汙和（hé）廢塵（chén）等（děng）。⑤烘（hōng）幹方式：循環熱風加常溫壓縮空（kōng）氣（qì）風刀。⑥吹幹效果（guǒ）：吹幹後工件表麵無滴油、磕碰傷等現象。⑦工藝流程：人工上料→在線輸送→噴淋粗清洗→噴淋精清洗→風（fēng）泵吹幹→熱風烘幹→過渡→風泵吹勻、降溫→測量（liàng）工位。
（3）設備技術參數。清洗工（gōng）件：前蓋、後檔；清洗能力（產量）：日工作量滿足 49 台車；生產節拍：≥1.6 件/min；零（líng）件通過最大（dà）高度：250 mm；設備工作（zuò）時間：7 h/d；
清（qīng）洗（xǐ）液：水劑、清洗劑、防鏽劑；作業方式：流水線作（zuò）業，通過式（shì），風源壓強（0.4～0.6）MPa；工作噪聲≤50 d B；汙染環境：無；工作（zuò）速度 0.5 m/min；線速度（0.1～5）m/min 可調（變頻調速）；噴淋段水壓（yā）（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（bèi）總功率：約 65 k W；加熱功率：45 k W/380 V（交流）；總重量：約 3 t；電源電壓 AC 380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線製，保護接地；控製（zhì）方式：手動和自動可切換；指示方式：溫度指示，噴（pēn）淋槽溫度顯（xiǎn）示；過載保護：電機、泵、風機過載；溫度異常；急停（tíng）保護。液位報警（jǐng）：液位控製欠液報（bào）警指示（shì）。
4.3 前蓋測量機
該設備可提高軸承前蓋檢測的（de）精度、選配可靠性、穩定性及可追溯性；配合鐵路車輛計（jì）算機網絡化管理係統，為保障鐵路（lù）車輛的運（yùn）行安全，提供了快捷、準確、可靠的手段；可與 HMIS 聯（lián）網，並可與上下位機聯網與數據共享。
（1）主要組成部分。機架總成、測量部及定位機構、上料機構、下料機構、氣路係統、電控部、工控（kòng）機、故障診斷（duàn）係統和工作軟件。
（2）各部分功能介紹。機架總成：測量部基礎、設備的基礎與框架；定位機（jī）構及測量部：對前蓋進行定位並（bìng）對軸頸配合麵直徑和（hé）台階高（gāo）度進（jìn）行測量；上料（liào）機（jī）構：將前蓋從輸送線上，運至測量位置，完成前蓋的自動上料；下料機構：對測量完成的前蓋下料；工控機：完成測量全過程的控製（zhì）及測量數據的處理、貯存、打印輸出（chū）；電、氣控製部：設備（bèi）電源（yuán）、電氣（qì）控製；氣源及氣動控製；氣路係統：支持測量部動作；故障自診斷係統：在係統運行過程中，進行監控，出現故障時，報警，自動停機。
（3）主要性能。主要功能：實現自動上、下料及前蓋尺寸的自動檢測，判定是否合格；
測量項目（mù）：軸頸配合麵直（zhí）徑，軸頸配合麵台階高度；適應範圍：新造、檢修貨車 60 t，70 t 軸（zhóu）承前蓋；測量機（jī）采用開放式數據庫（kù）：係（xì）統采（cǎi）用 Windows2000 以上版本（以方便和其他子係統聯網和數據共（gòng）享）；測量具體位置及標準：測量的具體位置和標準按相關規定（dìng）執（zhí）行；附屬配置：測量裝置（zhì）配備有自動上、下料裝置（zhì），能夠自動完成測量機的上、下料工作，實現設備生產的自動化。
（4）主要技術參數。節拍時間＜1 min（上（shàng）、下料、測量）；電源AC 380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線（xiàn）製，保護接地；額定電（diàn）流 2 A/AC 380 V，3 A/AC 220 V；功率消耗＜2 k W；氣（qì）源（yuán）種類：壓縮空氣（經過淨化）；氣源壓力（0.35～0.7）MPa；工作（zuò）壓力 0.35MPa；測量精度：檢測重複精（jīng）度 0.01 mm；測量精（jīng）度±0.01 mm；分辨率 0.001 mm；測量方（fāng）式：相對測量原理接觸（chù）式測量方（fāng）式。
（5）係統工作原理。係統基本工作原理如圖 2 所示，測量工藝過程：輸送線輸送前蓋至測（cè）量機上料工位→上料機械手把前蓋（gài）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→測量結束各測量（liàng）單元複位→保存（cún）測（cè）量數據並分析測量結果→下料機械手（shǒu）下料。
（6）參數的測量方法。本測量係統采用的是（shì）相對測量原理（lǐ），采用接觸式測量方式。全部測量及動作過程均由（yóu）計算機自動控製，自動（dòng）完成。
4.4 後擋測量（liàng）機
該係統（tǒng）可提高軸承後（hòu）擋檢測的精度、選配可靠性、穩定性（xìng）及可追溯（sù）性（xìng）；配合鐵路車輛計算（suàn）機網絡化管理係統，為保障鐵路車輛的運行安全，提供了快捷、準確、可（kě）靠的手段；可（kě）與 HMIS 聯網，並可（kě）與上下（xià）位機聯網與數據（jù）共享。
圖 2 係統基本（běn）工作原理（lǐ）
（1）主要組成部分。機架（jià）總成、測量部 1、定位機構及測量部2、上（shàng）料機構、下料機構、氣路係統、電控部、工控機、故障診斷係統和工作軟件。
（2）各部分功能介紹。機架（jià）總成：測量部基礎、設備的基礎與框架；測（cè）量部 1：對密封座配（pèi）合麵及台階高度等部分進行測量；定位機構及測量部 2：對後擋進行定位並對防塵板座配合麵直徑進行測量；上料機構：將後擋從輸送線上，運（yùn）至測量位置，完（wán）成後擋的自動上料；下料機構（gòu）：對測（cè）量完成的後擋下料；工（gōng）控機：完成測量全過程的（de）控製及（jí）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；氣源及氣動控製；氣路係統（tǒng）：支持測量部動作；故障自診斷係統：在係統運行過程中，進行監控，出現故障時，報警，自動（dòng）停機；
（3）主（zhǔ）要性能。主要功能：實現自動上、下料及後擋尺寸（cùn）的檢測，判定是否（fǒu）合格；測量項目：防塵板座配合麵直徑（jìng），密封（fēng）座配合麵直徑，端（duān）麵高度、槽深度，後擋翹曲度；適應範圍：新（xīn）造、檢修貨車60 t，70 t 軸承後擋；測（cè）量機采用開放式數據庫：係統采用Windows2000 以上版本 （以方（fāng）便和其他子係統聯網和數據共享）；測量具體（tǐ）位置及標準：測量的具體位置和標準（zhǔn）按相關規定執行；附屬配置：測（cè）量（liàng）裝置配備有自動上（shàng）、下料（liào）裝置，能夠自動完（wán）成測量機的上、下料工作，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（diàn）壓：AC 380 V/220 V±10%，50 Hz，三相五線製，保護接地；額定電流：2 A/AC 380 V，3 A/AC 220 V；功率消（xiāo）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（yā）力 0.35 MPa；測量精度：檢測重複精度（dù） 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。係統基本工作原理如圖 3 所示，測量工藝過程：輸送線輸（shū）送後擋至測量機上料工位→上料機械手把後擋抓取放（fàng）至測量位→定位機構對後擋進（jìn）行夾（jiá）緊（jǐn）定位→測量裝部1 下降到位→測量部 1，2 各測量單元同時對後（hòu）擋測量取值→測量結束各（gè）測量單元複位→保存測量數據並分析測量結果→下料機構下料。
圖 3 係統（tǒng）基本工作原理
（6）參數的測量方法。本（běn）測（cè）量係統采用的是相對測量原（yuán）理，采用接觸式測（cè）量（liàng）。全部測量及（jí）動作過程均由（yóu）計算機自動控製，自動完成（chéng）。
4.5 機（jī）器（qì）人智（zhì）能分類存（cún）儲係統
分類存儲係統（tǒng）用於（yú）軸承（chéng）前蓋（gài）、後擋的智能分類，免去人工選配工作，為（wéi）後續軸承壓裝工位服務。軸承前蓋、後擋尺寸經測量機檢測完成後，測量機自動判別（bié）合（hé）格與否並判定品（pǐn）種和降級規格，由機器人接受測量機傳輸的前蓋、後檔數據進行分（fèn）類，不合格品放置於不合（hé）格品區域，同時對合格的後擋要實現按（àn）公差帶範圍和類別分（fèn）別存（cún）放在各自（zì）的運料小車上，10 個為一份，每輛小車可存放（fàng） 8 份，計 80 工件。測量機測量結果並與現有HMIS 係統資源共享、與現有軸承壓裝機實現軸承（chéng）前蓋、後擋的智能（néng）分類功（gōng）能。
（1）機器人主要（yào）功能。對測量機傳輸來的前蓋、後擋數據進行分析和執行，根據前（qián）、後擋選配原則進行分類存放，實（shí）現從檢測（cè）工位拿取工件、旋轉、移動將合格品（pǐn）放置在（zài）指定的（de）位置（zhì）。
（2）機器人技術參數。軸數：3 軸（zhóu）；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：IP65/IP67；運動範圍 1300 mm（最大前後（hòu）跨度）；電源頻率（50～60）Hz（±2 Hz）；電（diàn）器容量 12 k V·A；工作環（huán）境溫度（+5～+45）℃；環境溫升要求 1.5 ℃/min。
（3）完成一個工件單個循環節拍 20.5 s。
（4）機器人（rén）自動化（huà）分類方案。設備通信：工件（jiàn）檢測機跟機器（qì）人（rén）交互作業時，工件檢測機提（tí）供呼叫、完成兩組信號；工件檢（jiǎn）測機（jī）檢測完畢呼叫（jiào）機器人抓取零件，以及機器人抓取完成退到安全區後給工件檢測機完成信號；工件（jiàn）類（lèi）型、選配相關數據由檢測（cè）機判斷比較完成，機器人隻接收，分類好的產品編碼。例如（rú）：當（dāng）前檢測一個（gè）零件，檢測完成（chéng）後，檢測機告訴機（jī）器（qì）人，這個零（líng）件是前蓋或後擋的原（yuán）型或（huò）降幾級。
5 結束語
該係統可提（tí）高軸承前蓋、後擋（dǎng）檢測（cè）的精（jīng）度、選配可靠性、穩定性及可追溯性並且提高勞動生產率、降低工人勞動強度、改善了作業（yè）環境；配合鐵路車輛（liàng）計算機網絡化管理係統，為保障鐵路車輛的運行安全，提供了快捷、準（zhǔn）確、可靠的手段；可與 HMIS（Hmanagement Information System，鐵路貨車技術管理信息係統）聯網，並可與上（shàng）下位機聯網與（yǔ）數據共享。
該係統在鐵路車輛檢修中具有創新性。測量使用先進、成熟的測（cè）量技術；選配和（hé）存放（fàng）使用工業智能機器人，效率（lǜ）高、穩定可靠。配合鐵路係統的網絡化管理、減員增效保障鐵路車輛的（de）安全運行具有重要的現（xiàn）實意義。
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