石建剛，任 帥

（國(guó)能鐵路裝備有限責(zé)任公司包頭車輛維修分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014060）

隨著鐵路貨車輪軸檢修數(shù)量劇增，輪對(duì)軸承壓裝數(shù)量隨之增加，現(xiàn)有檢修單位軸承的壓裝，還是人工作業(yè)，輪對(duì)的輸送靠人工推送，軸承和后擋等也是人工通過(guò)小車推送，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，質(zhì)量受人為干擾大。研制的軸承自動(dòng)壓裝系統(tǒng)，在壓裝時(shí)機(jī)械臂自動(dòng)抓取待壓裝軸承同時(shí)定位軸承內(nèi)部中隔圈，從而實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)輪對(duì)及軸承壓裝工作，同時(shí)設(shè)備在壓裝過(guò)程中自動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸承并檢測(cè)軸承是否卡滯等功能，自動(dòng)化程度高，將更換壓裝引套及壓頭、中隔圈手動(dòng)定位等工作由60 min 以上壓縮至2～3 min，極大提高了輪對(duì)軸承壓裝效率，且杜絕了人工操作失誤和發(fā)生工傷的危險(xiǎn)。解決了軸承壓裝過(guò)程中人工更換壓裝引套及壓頭、人工調(diào)整中隔圈等勞動(dòng)強(qiáng)度大且易發(fā)生工傷、效率低等問(wèn)題，既保證軸承壓裝的質(zhì)量，又節(jié)省了人力、物力，提高了生產(chǎn)效率。

1 軸承自動(dòng)壓裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軸承自動(dòng)壓裝系統(tǒng)主要由軸承壓裝機(jī)主機(jī)、懸掛式智能機(jī)械臂、后擋壓裝機(jī)械手、軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)、自動(dòng)掛后擋機(jī)械手、軸承上料線和后擋料架等設(shè)備組成。

軸承壓裝機(jī)主機(jī)為壓裝系統(tǒng)的主體部分，懸掛式智能機(jī)械臂及自動(dòng)掛后擋機(jī)械手安裝于主機(jī)橫梁上。懸掛式智能機(jī)械臂用于更換不同軸型輪對(duì)的壓裝法蘭與芯套以及軸承的自動(dòng)上料；自動(dòng)掛后擋機(jī)械手從后擋旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上水平抓取后擋翻轉(zhuǎn)90°后將后擋自動(dòng)掛靠在壓裝位輪對(duì)軸肩上。

后擋壓裝機(jī)械手從后擋料架上抓取后擋與塑鋼隔圈的組合件，在軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)處完成353130B 與353132B 型號(hào)軸承與后擋及塑鋼隔圈的自動(dòng)壓裝。

軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)處為懸掛式智能機(jī)械臂的取軸承位置。當(dāng)翻轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)90°時(shí)，軸承變?yōu)榱⒎?，由后擋壓裝機(jī)械手完成后擋與軸承的壓裝，完成壓裝后翻回等待智能機(jī)械臂取軸承上料。

軸承上料線為軸承的緩存線，用于存儲(chǔ)軸承和軸承的自動(dòng)分料。

總體布局如圖1 所示。

圖1 總布局圖

1.1 軸承壓裝機(jī)主機(jī)

軸承壓裝機(jī)主機(jī)主要由機(jī)座、壓裝油缸、壓裝油缸立柱、機(jī)械臂懸掛橫梁、輪對(duì)升降及鎖定裝置、壓盤(pán)及心套存放架、軸承引裝及旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置和輪對(duì)自動(dòng)上下料裝置等組成?？蓪?shí)現(xiàn)輪對(duì)的準(zhǔn)確停輪、輪對(duì)定心與限位以及軸承的自動(dòng)引裝及自動(dòng)壓裝軸承、軸承自動(dòng)旋轉(zhuǎn)等功能。輪對(duì)頂升裝置由托輪架、托輪桿、導(dǎo)向軸、升降油缸、升降油缸座和升降限位裝置等組成。升降油缸活塞伸出，托輪架托住輪對(duì)車軸軸身升起使輪對(duì)車軸軸線與壓裝機(jī)壓裝油缸軸線同軸。不同軸型升降高度的調(diào)整通過(guò)升降限位裝置實(shí)現(xiàn)，升降限位裝置由氣缸、限位墊等組成。

輪對(duì)鎖緊裝置由連桿、隨動(dòng)擺塊、連接座、鎖緊油缸座和鎖緊油缸等組成。輪對(duì)升起后，鎖緊油缸活塞伸出驅(qū)動(dòng)連桿擺動(dòng)，隨動(dòng)擺塊撐住內(nèi)側(cè)輪輞，連桿2 基本拉平，處于四桿機(jī)構(gòu)的“死點(diǎn)位置”，當(dāng)壓裝力達(dá)到設(shè)計(jì)額定壓力600 kN，隨動(dòng)擺塊也會(huì)撐住輪輞內(nèi)側(cè)面不會(huì)被壓回，從而防止輪對(duì)在壓裝過(guò)程中左右竄動(dòng)影響壓裝曲線的正確性。

輪對(duì)鎖緊裝置的主要受力部位采用平鍵定位，如連接座與壓裝機(jī)主機(jī)機(jī)座、鎖緊油缸座與機(jī)座，可承受額定設(shè)計(jì)壓力600 kN 作用下的剪切應(yīng)力，主要受力部件連桿3、隨動(dòng)擺塊、定位銷等選用40Cr 調(diào)質(zhì)，經(jīng)受力分析，在額定壓力下不會(huì)產(chǎn)生變形，最大應(yīng)力不到材料許用應(yīng)力的1/2，滿足壓裝長(zhǎng)期使用的安全性和穩(wěn)定性。輪對(duì)升降裝置與輪對(duì)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 輪對(duì)升降裝置與輪對(duì)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)圖

壓盤(pán)及心套存放架安裝主機(jī)機(jī)座上，可存放RD2、RE2 型輪對(duì)軸承壓裝所需的壓裝心套和壓裝法蘭。壓裝前根據(jù)輪對(duì)信息由程序自動(dòng)判斷心套和壓裝法蘭是否與軸型一致，若不一致，由懸掛式智能機(jī)械臂將更換下來(lái)的壓裝心套與法蘭放在指定位置后再抓取相應(yīng)的壓裝法蘭、壓裝心套放到主機(jī)壓裝油缸位置。

軸承引裝及旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置安裝在壓裝主油缸的壓裝活塞前端，其結(jié)構(gòu)由隨動(dòng)輥組成、抱緊輥組成、軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置、壓盤(pán)定位裝置、后擋擋板、安裝板和氣缸等組成。安裝板與壓裝油缸的壓裝活塞連接，其余機(jī)構(gòu)均與安裝板建立連接。

軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置由氣缸、電動(dòng)輪、檢測(cè)輪和彈簧等組成，壓盤(pán)定位裝置由氣缸、插板等組成。

取軸承時(shí)壓裝活塞帶動(dòng)軸承引裝及旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置伸出一定行程，抱緊輥組成的3 個(gè)后擋擋板由氣缸驅(qū)動(dòng)伸出，抱緊氣缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)3 個(gè)抱緊輥隨動(dòng)輥同時(shí)向內(nèi)收緊，3 個(gè)抱緊輥夾住軸承，然后3 個(gè)后擋擋板板回退壓住不帶后擋的軸承或帶后擋整體壓裝軸承的后擋，壓裝活塞再回退，從而將軸承引裝到壓裝定心活塞桿的心套上。

對(duì)于帶后擋與軸承組合后一起壓裝的353130B 與353132B 型號(hào)軸承，壓裝時(shí)抱緊輥不張開(kāi)，保持后擋擋板始終能壓住后擋但又不與軸承接觸。軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置的電動(dòng)輪由氣缸驅(qū)動(dòng)擺下與軸承接觸帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)輪在彈簧拉力作用下始終與軸承接觸，軸承帶動(dòng)檢測(cè)輪旋轉(zhuǎn)并由旋轉(zhuǎn)編碼器將信息反饋給控制系統(tǒng)，判斷軸承在壓裝過(guò)程中是否有卡滯現(xiàn)象。

1.2 懸掛式智能機(jī)械臂

懸掛式智能機(jī)械臂安裝于主機(jī)橫梁上。由水平走行機(jī)構(gòu)、升降擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾爪機(jī)構(gòu)等組成。采用伺服控制方式，定位精度準(zhǔn)確可靠，更換壓盤(pán)和心套采用夾爪夾取方式，軸承及后擋或單獨(dú)軸承的上料采用夾爪撐內(nèi)孔的方式，可防止中隔圈脫落，夾爪上鑲有銅帶不會(huì)對(duì)軸承內(nèi)孔造成損傷。

懸掛式智能機(jī)械臂為四軸機(jī)械手，安裝于主機(jī)橫梁上。由水平走行機(jī)構(gòu)、升降-擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾爪機(jī)構(gòu)等組成。用于不同軸型軸承壓裝心套和壓盤(pán)的自動(dòng)更換以及軸承的引裝上料。各運(yùn)動(dòng)軸均采用伺服控制方式，定位精度準(zhǔn)確可靠，更換壓盤(pán)和心套采用夾爪夾取方式，軸承及后擋或單獨(dú)軸承的上料采用夾爪撐內(nèi)孔的方式，可防止中隔圈脫落。夾爪上鑲有銅帶不會(huì)對(duì)軸承內(nèi)孔造成損傷。

夾爪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°掉頭為壓裝機(jī)另一側(cè)更換壓盤(pán)和心套以及軸承的引裝上料。諧波減速器精度高，傳動(dòng)比大，承載能力高，并且體積小、重量輕，傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊，滿足了空間尺寸小、旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確的使用要求。

1.3 自動(dòng)掛后擋機(jī)械手與后擋旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)

自動(dòng)掛后擋機(jī)械手安裝于主機(jī)橫梁上，位于懸掛式智能機(jī)械臂的對(duì)側(cè)，在軌道兩側(cè)各布置一臺(tái)自動(dòng)掛后擋機(jī)械手，可同時(shí)從后擋旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上水平抓取后擋再翻轉(zhuǎn)90°后為壓裝位輪對(duì)自動(dòng)掛后擋。掛后擋機(jī)械手主要由連接臂、氣缸、升降-擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾爪裝置等幾部分組成。升降立柱與夾爪裝置的升降由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪齒條傳動(dòng)，直線導(dǎo)軌副導(dǎo)向，定位精度準(zhǔn)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

后擋旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)位于掛后擋機(jī)械手下方，是后擋的緩存位。掛后擋機(jī)械手從旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上料位夾取后擋。

后擋工作臺(tái)由機(jī)架組成、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和微型減速器等組成。為了兼容不同軸型后擋的定位，可更換旋轉(zhuǎn)臺(tái)立柱上的尼龍定位套，滿足不同后擋抓取時(shí)的定位要求。

1.4 后擋壓裝機(jī)械手、后擋料架及軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)

軸承壓裝機(jī)前軌道兩側(cè)各布置一套后擋壓裝機(jī)械手、后擋料架及軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)，兩側(cè)可同時(shí)完成后擋和塑鋼隔圈的組合件與軸承的自動(dòng)壓裝。

軸承由上料線滾動(dòng)至軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)V 型托上后，翻轉(zhuǎn)臺(tái)的壓緊機(jī)構(gòu)壓住軸承將軸承翻轉(zhuǎn)90°，翻轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)中機(jī)構(gòu)將軸承對(duì)中、定位，后擋壓裝機(jī)械手從后擋料架抓取后擋及塑鋼隔圈的組合件并將其放在軸承上與軸承壓裝為一體后再由翻轉(zhuǎn)臺(tái)將軸承翻回等待懸掛式智能機(jī)械臂取軸承上料。

后擋壓裝機(jī)械手由立柱、橫梁、水平走行機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、夾爪裝置和限位擋等組成。水平走行機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、直線導(dǎo)軌導(dǎo)向的方式，傳動(dòng)平穩(wěn)，定位精度可靠。

夾爪裝置由連接座、氣缸、夾爪、轉(zhuǎn)板和導(dǎo)軌固定座等組成。3 個(gè)夾爪由氣缸驅(qū)動(dòng)沿直線導(dǎo)軌同時(shí)向內(nèi)夾緊或向外打開(kāi)，夾爪裝置的3 個(gè)夾爪與轉(zhuǎn)板在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不與后擋料架的定位柱干涉。

后擋料架為后擋緩存上料工位，每個(gè)后擋料架可存放3 組后擋垛，每組后擋垛為10 個(gè)后擋和塑鋼隔圈的組合件。由機(jī)架、定位柱和定位套等組成。不同直徑的后擋通過(guò)在定位柱上加裝定位套實(shí)現(xiàn)后擋定位。軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)是智能機(jī)械臂取軸承上料位，同時(shí)也是后擋與塑鋼隔圈組合件和軸承的壓裝工位。由機(jī)架、壓緊機(jī)構(gòu)、對(duì)中機(jī)構(gòu)、氣缸和翻轉(zhuǎn)架等幾部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

1.5 軸承上料線

軸承上料線是軸承的緩存工位，升降機(jī)從地下線升起軸承送入上料線后，軸承自動(dòng)滾動(dòng)至雙阻擋裝置處，由雙阻擋裝置完成軸承的分料，將軸承逐個(gè)送入軸承翻轉(zhuǎn)臺(tái)。軸承上料線由立柱、軸承滾道和雙阻擋裝置等組成。推擋輪機(jī)構(gòu)：軸承壓裝機(jī)主機(jī)前輪對(duì)緩存工位設(shè)置一套推擋輪機(jī)構(gòu)，由框架組成、軌道、油缸、推輪板和擺軸等部件組成，同時(shí)起到擋輪對(duì)將輪對(duì)落入軌道V 型槽和將輪對(duì)推出的作用。采用液壓控制方式，可將輪對(duì)平穩(wěn)緩慢落入軌道V 型槽內(nèi)，防止輪對(duì)晃動(dòng)。

1.6 液壓系統(tǒng)

本液壓站設(shè)計(jì)型號(hào)為SD-ZCYZJ-01，泵裝置臥式配置于油箱上，控制閥組及壓力觀測(cè)點(diǎn)（組）均設(shè)在油箱上，整個(gè)系統(tǒng)壓力調(diào)整、觀測(cè)十分方便。技術(shù)參數(shù)如下：

電機(jī)功率：15 kW；

液壓泵最大流量：96 L/min；

電磁鐵電壓：DC24 V。

1.7 電氣部分

控制系統(tǒng)采用工業(yè)微機(jī)作為主控系統(tǒng)，由液晶顯示器和觸摸屏作為顯示終端，由鍵盤(pán)、鼠標(biāo)作為操作工具；工業(yè)級(jí)PLC 用于壓裝動(dòng)作和機(jī)械手上下料的執(zhí)行，并將壓裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給主控系統(tǒng)，并配有手動(dòng)旋鈕進(jìn)行各動(dòng)作操作?？刂撇糠种饕ǎ褐靼?、無(wú)源底板、硬盤(pán)、PLC、I/O 擴(kuò)展模塊、模擬量采集模塊和通信模塊等。電器元件主要有：空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、開(kāi)關(guān)電源、伺服驅(qū)動(dòng)器、壓力傳感器、位移傳感器和位移變送器等。

壓力傳感器、位移傳感器把所反應(yīng)的信號(hào)量送到模擬量采集模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由于數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)值均為模擬量，處理器無(wú)法識(shí)別，必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。因此，把采集模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬-數(shù)字的轉(zhuǎn)換。最后把轉(zhuǎn)換的數(shù)值由CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然后把得到的壓力、位移值乘以相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，便得到實(shí)際的壓力（kN）、位移（mm）。這樣，壓力值（kN）、位移值（mm）和時(shí)間（t）3 個(gè)變量組成兩條曲線，即時(shí)間-壓力曲線、位移-壓力曲線。并在顯示終端顯示出來(lái)。

設(shè)備具備自檢功能：壓裝曲線存儲(chǔ)和回放功能，壓裝工藝參數(shù)存儲(chǔ)功能，壓裝數(shù)據(jù)處理和壓裝記錄、報(bào)告、校驗(yàn)打印功能，HMIS 輪軸數(shù)據(jù)采集，USB 接口。

2 軸承壓裝過(guò)程

具體的壓裝過(guò)程如圖4 所示。

圖4 軸承壓裝流程圖

3 結(jié)論

設(shè)備采用自動(dòng)化以及智能化機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，仿人工形式抓取軸承，同時(shí)改變現(xiàn)有軸承壓裝機(jī)油缸結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)鐵路車輛的輪對(duì)的軸承快速定位，自動(dòng)更換壓裝壓盤(pán)及引套、軸承自動(dòng)上料、軸承自動(dòng)壓裝、軸承與后擋的自動(dòng)壓裝、輪對(duì)軸徑自動(dòng)掛后擋及自動(dòng)完成軸承壓裝工作。設(shè)備具有機(jī)械手自動(dòng)定位中隔圈，自動(dòng)抓取軸承上料，自動(dòng)壓裝，在壓裝過(guò)程中自動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸承并檢測(cè)軸承是否卡滯等功能，設(shè)備自動(dòng)化程度高，杜絕了工人操作的危險(xiǎn)，提高了鐵路車輛輪對(duì)軸承壓裝效率。