吳興旺，張惠

(神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司包頭車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用

吳興旺，張惠

(神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司包頭車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)鐵路貨車檢修中，輪對(duì)噴涂普遍采用人工噴涂或設(shè)備噴涂漆霧利用率底，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境差，危害職業(yè)職工身體健康的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的全自動(dòng)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)。本文主要介紹了鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的輸送定位方式、噴涂方式、控制方式，給出了方便簡(jiǎn)潔的、全自動(dòng)化的輪對(duì)噴涂系統(tǒng)模式。

輪對(duì)；機(jī)器人；全自動(dòng)；噴涂；鐵路貨車

鐵路貨車輪對(duì)檢修時(shí)，需對(duì)支出輪對(duì)的軸身、內(nèi)外幅板、防塵板座、前蓋、后擋進(jìn)行噴漆或刷漆處理。傳統(tǒng)的作業(yè)方式主要有兩種：一種是人工刷/噴漆；一種是設(shè)備自動(dòng)噴漆。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用表明，兩種方式都存在清漆利用率低、漆膜厚度不均、噴漆場(chǎng)所環(huán)境污染嚴(yán)重（地面、設(shè)備表面附著漆霧嚴(yán)重，排廢漆的坑道易堵塞）的情況，人工噴漆對(duì)工作者身體健康還存在危害，而前蓋、后擋的噴漆處理還需單獨(dú)進(jìn)行，需要占用額外的空間和時(shí)間。因此，鐵路貨車輪對(duì)噴涂亟需自動(dòng)化改造，通過(guò)噴涂機(jī)器人完成輪對(duì)全自動(dòng)噴涂，其意義如下：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)輪對(duì)指定部位（軸身、內(nèi)外幅板、防塵板座、前蓋、后擋）的噴涂，保證檢修工藝的落實(shí)，提高生產(chǎn)效率，免去人工作業(yè)，減少作業(yè)程序，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)采用靜電離子噴涂方式提高了傳遞效率，節(jié)約成本，并改善工作環(huán)境。

1 鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)噴涂系統(tǒng)

鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)噴涂系統(tǒng)布局如圖1所示，包含輪對(duì)輸送定位裝置、輪對(duì)頂升裝置、輪對(duì)調(diào)速旋轉(zhuǎn)裝置、機(jī)器人導(dǎo)軌支架、全自動(dòng)噴涂機(jī)器人、電控系統(tǒng)及漆霧處理系統(tǒng)。

鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)噴涂系統(tǒng)利用頂升氣缸組合鉸接點(diǎn)及擺臂實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)上下料，設(shè)計(jì)兩側(cè)帶U型塊的氣缸及頂部帶密封橡膠板的固定U型塊組成頂升裝置，既防護(hù)了軸承，又實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)頂升，輪對(duì)舉升到位后，利用重力使摩擦輪與輪對(duì)輪緣接觸，由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)，利用安裝自動(dòng)離子噴槍的六軸噴涂機(jī)器人按照“前蓋—后擋及防塵板座—外側(cè)幅板—內(nèi)側(cè)幅板—車軸—內(nèi)側(cè)幅板—外側(cè)幅板—防塵板座及后擋—前蓋”的順序?qū)唽?duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂。其具體工藝流程如下。

（1）將系統(tǒng)啟動(dòng)，此時(shí)漆霧處理系統(tǒng)啟動(dòng)。

圖1

（2）將系統(tǒng)選擇自動(dòng)狀態(tài)，工作者將輪對(duì)輸送設(shè)備上方，系統(tǒng)檢測(cè)輪對(duì)就位，若此時(shí)噴漆房無(wú)輪對(duì)進(jìn)行噴漆，則噴漆房進(jìn)口門升起，推件氣缸升起，撥動(dòng)輪對(duì)進(jìn)入輪對(duì)頂升位置。

（3）輪對(duì)定位到頂升工位后，噴漆房進(jìn)口門關(guān)閉，輪對(duì)頂升裝置作用，上下支架閉合成圓形，在保護(hù)軸承的同時(shí)，使輪對(duì)頂升到位。

（4）在輪對(duì)頂升到位后，曲軸旋轉(zhuǎn)。使曲軸上的摩擦輪與輪緣緊密接觸。旋轉(zhuǎn)減速電機(jī)通過(guò)中心軸和鏈輪、鏈條驅(qū)動(dòng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)。從而帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)輪對(duì)與導(dǎo)電輪接觸，用于將靜電引至地線。

（5）六軸噴涂機(jī)器人工作，按照“前蓋—后擋及防塵板座—外側(cè)幅板—內(nèi)側(cè)幅板—車軸—內(nèi)側(cè)幅板—外側(cè)幅板—防塵板座及后擋—前蓋”的順序?qū)唽?duì)進(jìn)行自動(dòng)噴涂。

（6）噴漆工作結(jié)束后，頂升氣缸下降，同時(shí)噴漆房出口門升起，推件氣缸撥動(dòng)輪對(duì)出噴漆房，完成產(chǎn)品的輸送循環(huán)。

2 關(guān)鍵工藝裝備

2.1 輸送定位裝置

采用氣缸為動(dòng)力，設(shè)置鉸接點(diǎn)及擺臂，用來(lái)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)位移；并設(shè)置定位塊，同樣采用氣缸驅(qū)動(dòng)的定位快升降，用來(lái)定位輪對(duì)，如圖2。計(jì)算過(guò)程：輪對(duì)力臂326mm，氣缸力臂500mm，輪對(duì)重量1500kg。氣壓設(shè)定為5～6Bar，因此氣缸的截面積S=100/2×326/500/5，缸徑D=（S/3．14）0．5×2=13．5cm，輪對(duì)抬高行程選2cm，則氣缸行程選2×550/326=3．3cm，取整4cm，因此選擇SMC氣缸，不給油型、單桿雙作用缸。缸徑140mm，行程40mm，帶保護(hù)套，兩側(cè)緩沖，尾部雙耳座，頭部雙肘接頭。

圖2

2.2 頂升裝置

在輪對(duì)兩側(cè)各設(shè)置一套頂升裝置，采用氣缸為動(dòng)力，設(shè)置導(dǎo)向裝置，保證垂直升降，將輪對(duì)整體升降。頂升設(shè)備由兩側(cè)帶U型塊的氣缸及頂部帶密封橡膠板的固定U型塊組成，如圖3。

頂升氣缸選用合適缸徑氣缸，在6Bar氣壓下產(chǎn)生足夠力，確保能夠頂起輪對(duì)。設(shè)備應(yīng)具備廢漆防護(hù)措施，設(shè)備表面可采用覆膜方式進(jìn)行防護(hù)。計(jì)算過(guò)程：輪對(duì)重量1500kg。氣 壓 5-6Bar，因此氣缸的截面積 S=1500/2/5， 缸 徑 D=（S/3．14）0．5×2=17．6cm，輪對(duì)軸承外徑250，抬升高度取210．則氣缸行程選210mm。因此選擇SMC氣缸型號(hào)不給油型，單桿雙作用缸。缸徑180mm，行程210mm，帶保護(hù)套，無(wú)桿側(cè)氣緩沖。無(wú)桿側(cè)法蘭固定。帶防爆感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

圖3

2.3 噴涂機(jī)器人

輪對(duì)旋轉(zhuǎn)以后，對(duì)機(jī)器人輸出一個(gè)信號(hào)，機(jī)器人接收到信號(hào)以后開(kāi)始動(dòng)作，手臂移動(dòng)至需要噴涂的起始位置，然后機(jī)器人需要輸出一個(gè)信號(hào)，噴漆泵開(kāi)始啟動(dòng)，機(jī)械手夾持著噴槍開(kāi)始噴漆，當(dāng)機(jī)器人的手臂移動(dòng)到既定位置后（此位置需要現(xiàn)場(chǎng)確定，至少需要噴涂軸身方向一半以上的位置），機(jī)器人需要輸出一個(gè)信號(hào)，此時(shí)需要停泵停槍，由PLC控制氣缸電磁閥動(dòng)作，然后機(jī)器人底座移動(dòng)氣缸開(kāi)始移動(dòng)，氣缸移動(dòng)行程為800mm,當(dāng)氣缸本身的接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到氣缸移動(dòng)到位后，需要對(duì)機(jī)器人輸出一個(gè)信號(hào)，機(jī)器人的手臂開(kāi)始移動(dòng)至需要噴涂的起始位置，然后機(jī)器人需要輸出一個(gè)信號(hào)，噴漆泵開(kāi)始啟動(dòng)，機(jī)械手夾持著噴槍開(kāi)始噴漆，直至整個(gè)輪對(duì)噴涂完畢，然后機(jī)器人輸出信號(hào)，停泵停槍，整個(gè)噴涂作業(yè)完成。此時(shí)機(jī)器人不動(dòng)，當(dāng)下一個(gè)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)以后，機(jī)器人接收到信號(hào)以后，直接啟動(dòng)噴漆泵開(kāi)始沿著反向噴漆，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。 如圖4。

圖4

2.4 電控系統(tǒng)

2.4.1 輸送/定位一

輸送定位裝置由一個(gè)一端鉸接、一端連接頂升氣缸的仿形撥桿和撥桿上的一個(gè)帶凸塊的定位氣缸組成。輸送定位裝置的定位氣缸升起，當(dāng)輪對(duì)由人工驅(qū)動(dòng)就位后（放置到輸送定位裝置后），當(dāng)需要輸送時(shí)，噴漆室的升降門前門A處于打開(kāi)的狀態(tài)，噴漆室的升降門后門B處于關(guān)閉的狀態(tài)，定位氣缸收縮到位，同時(shí)頂升氣缸升起。此時(shí)輪對(duì)在自重作用下，滾動(dòng)到下一工位。該裝置復(fù)位。

2.4.2 輸送/定位二

輸送定位裝置由一個(gè)一端鉸接、一端連接頂升氣缸的仿形撥桿和撥桿上的一個(gè)帶凸塊的定位氣缸組成。輸送定位裝置的定位氣缸升起，輪對(duì)由輸送定位裝置驅(qū)動(dòng)到噴漆房?jī)?nèi)，噴漆室的升降門A和B關(guān)閉，此時(shí)輸送定位裝置二的定位氣缸處于上位，在軌道處設(shè)置一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，檢測(cè)輪對(duì)位置。噴涂完畢后，當(dāng)需要輸送時(shí)，噴漆室的升降門后門B處于打開(kāi)的狀態(tài)，定位氣缸收縮到位，同時(shí)頂升氣缸升起。此時(shí)輪對(duì)在自重作用下，滾出噴漆室。該裝置復(fù)位。

2.4.3 輪對(duì)頂升

輪對(duì)到達(dá)噴漆工位，并定位。輪對(duì)頂升氣缸上升，將輪對(duì)頂?shù)街付ǜ叨取娖峤Y(jié)束后輪對(duì)頂升氣缸下降，復(fù)位。

2.4.4 輪對(duì)旋轉(zhuǎn)

結(jié)構(gòu)：摩擦輪壓緊后，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)橡膠輪帶動(dòng)輪對(duì)旋轉(zhuǎn)。輪對(duì)頂升氣缸頂升到位，電機(jī)（1．1kW，帶制動(dòng)）開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間（現(xiàn)場(chǎng)觀察輪對(duì)旋轉(zhuǎn)勻速后），給機(jī)器人一開(kāi)始噴漆信號(hào)。機(jī)器人噴漆結(jié)束后，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。等待電機(jī)（帶制動(dòng)）驅(qū)動(dòng)輪靠摩擦力將輪對(duì)完全停止后，結(jié)束一工作循環(huán)，開(kāi)始新一工作循環(huán)。

2.4.5 噴涂動(dòng)作

根據(jù)噴漆/洗槍模式，切換噴漆泵吸口電磁閥來(lái)切換是吸入油漆還是稀料。機(jī)器人行程氣缸配合機(jī)器人進(jìn)行噴漆工作。處于洗槍狀態(tài)時(shí)，機(jī)器人的噴槍應(yīng)對(duì)準(zhǔn)廢料桶。如圖5。

圖5

3 結(jié)語(yǔ)

鐵路貨車輪對(duì)全自動(dòng)噴涂系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輪對(duì)輸送、噴涂完全自動(dòng)運(yùn)行，提高了工作效率和工作質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

[1]成大先主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2008．1．

[2]氣缸選型手冊(cè)．SMC．

U270.65

A

1671-0711（2017）08（下）-0156-03