2023年智能化全自动轴承压装机研究.docx

智能化全自动轴承压装机研究 谭兆海 王远新 刘鹏飞 刘桢榕 摘  要：为了解决轴承压装过程中人工搬运，以及压装不同型号轴承前需要人工判断并人工手动更换不同规格的引套与压头，同时压装过程中轴承中隔圈定位问题，与轴承压装过程中旋转检测问题。设计一种全自动轴承压装机，实现铁路车辆的轮对的轴承快速定位、轴承自动上料与自动压装工作，设备具有机械手自动定位中隔圈，自动抓取轴承上料，自动压装，在压装过程中自动旋转轴承并检测轴承是否卡滞等功能，设备自动化程度高，杜绝了工人操作的危险，提高了铁路车辆轮对轴承压装效率。 关键词：滚动轴承;轴承压装;机械臂轴承上料 中图分类号：U260.71       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2023）25-0073-02 Abstract： In order to solve the problem of manual handling in the process of bearing pressing， and the manual judgment and manual replacement of different specifications of guide sleeve and pressure head before pressing and installing different types of bearings， and the problem of locating the spacer ring in the process of pressing and assembling at the same time， and the problem of rotation detection in the process of bearing pressing. A fully automatic bearing pressing machine is designed to realize the rapid bearing positioning， automatic bearing feeding and automatic pressing of the wheelset of railway rolling stock. the equipment has the functions of manipulator automatic positioning of the diaphragm ring， automatic grasping of bearing feeding， automatic pressing and mounting， automatic rotation of the bearing and detection of whether the bearing is stuck or not in the pressing process. The equipment has a high degree of automation and eliminates the danger of workers" operation. The pressing efficiency of railway vehicle wheelset bearing is improved. Keywords： rolling bearing; bearing pressing installation; manipulator bearing feeding 引言 鐵路货车轴承质量为25-35公斤，工人在轴承压装过程中，需要搬运轴承或者通过滚道滚动轴承到压装工位。而且不同型号轴承压装前需要经人工手动更换不同规格的引套与压头方可压装，由于引套与压头均为螺栓固定结构，人工进行拆卸费时费力。同时在压装过程中由于轴承内部的中隔圈无法定位，特别是有些年限较早的轴承压装机，在往引套上穿引轴承过程中，需要工人将手探入轴承内部用手扶住中隔圈，进行中隔圈手动定位，该过程中由于压装缸推动引套一直向前运动，很容易发生引套挤伤工人手指，造成工伤。同时在压装过程中需要旋转轴承外圈，保持其旋转灵活;卡滞时须停止压装，退卸检查等工作。 1 智能化全自动轴承压装机设计 针对以上问题，结合其他行业现有自动化以及智能化机械手臂结构，采用仿人工形式抓取轴承，同时改变现有轴承压装机油缸结构，设计智能化全自动轴承压装机，实现铁路车辆的轴承快速定位、轴承自动上料与自动压装工作，设备具有机械手自动定位中隔圈，自动抓取轴承上料，自动压装，在压装过程中自动旋转轴承并检测轴承是否卡滞等功能，设备自动化程度高，杜绝了工人操作的危险，提高了铁路车辆轮对轴承压装效率。 2 主机结构设计 智能化全自动轴承压装机包括四个局部，分别由轴承压装机主机（含轴承上料机械手）、轴承上料线、液压系统、控制系统组成。 轴承压装机主机由主机基座，两侧箱式立梁，压装机主油缸，机械手悬挂横梁，轴承上料机械手，轮对升降及定位装置，压装引套及压装头快换装置，轴承旋转检测机构等组成，设备样式见图1： 3 轴承上料机械手结构设计 轴承上料机械手采用四轴结构，机械手具有横移、上下、前后、旋转四个动作，机械手前端设置有轴承专用夹具，设备通过预设程序自动完成轴承抓取上料等全过程（图2）。 4 压装油缸结构设计 压装主油缸其结构为双层套缸结构，其内局部别为压装活塞与定位活塞，定位活塞长度大于压装活塞，其探出压装主油缸缸体外部，探出长度与压装套长度相同，用来定位内部含有压装套的轴承，具体样式见图3： 5 轴承旋转检测机构设计 轴承旋转检测机构，其结构由轴承驱动机构以及轴承旋转检测机构组成，其安装在压装主油缸的压装头部位，其为翻板式结构，定位翻板，前端为硬橡胶轮，硬橡胶轮与后部减速电机连接，定位翻板上部安装有驱动气缸，轴承压装过程中，轴承旋转检测机构上部的驱动气缸动作推动翻板带动硬橡胶轮使其压在轴承外环上，减速电机旋转，从而带动轴承外环转动，同时轴承旋转检测机构随着轴承转动，如果轴承出现卡滞检测轮将出现旋转异常，检测轴承故障。具体结构见图4： 6 智能化全自动轴承压装机转换轮对型号方式 设备通过提前自动读取轮对轴颈压装机上待压轮对的数据，提前预判待压装轮对型号，通过机械臂提前自动抓取压装引套及压头更换到压装油缸上。在压装时机械臂自动抓取待压装轴承同时定位轴承内部中隔圈，从而实现不同型号轮对及轴承压装工作，同时设备在压装过程中自动旋转轴承并检测轴承是否卡滞等功能。 7 电控系统设计 设备采用计算机与PLC双层控制模式，计算机作为主控设备进行人机交互操作，设备动作将采用PLC控制模式，这样的控制方式既减少了人机交互过程中过度的干预设备动作，同时也提高了设备的反响速度，提高设备控制精度。 计算机作为主控设备，可以与车辆段既有的轴承智能库、轴径测量机联网使用，继而实现轴承的自动选配、自动传输、智能压装。 8 主要规格与参数 （1）适用范围：适用于压装RD2、RE2、RF2等货车轮对用滚动轴承。（2）电源：AC380V（±10%），50Hz。（3）公称压力：800kN。（4）压装工作节拍：3分钟/套。（5）负载：80公斤。（6）臂的附加负载：20公斤。（7）总负载：100 公斤。（8）机械臂重量：≤800公斤。（9）运动轴数：4。（10）最大作用范围：≥1100mm。（11）重复精度：〈+/-0.06mm。（12）法兰盘（第 4轴上） DIN ISO 9409-1-A50。（13）安裝位置：吊装。（14）轴1走行 0-2400mm 36M/min。（15）轴2升降 0-500mm  17M/min。（16）轴3摆动：+40°/-40° 27°/s。（17）轴4旋转：+90/-90° 120°/s。（18）主机外形尺寸：5600×770×1985。（19）数据保存：自动保存压装数据、打印输出。（20）数据传输：数据通过传输线直接进入HMIS系统。（21）微机控制局部为工业计算机（研华）主流机型、品牌21寸液晶显示屏、配置1台A4激光打印机。 9 结束语 新型的智能化全自动轴承压装机，解决了轴承压装过程中人工更换压装引套及压头、人工调整中隔圈等劳动强度大且易发生工伤、效率低下、人员浪费等问题，全套实现轮对轴颈数据自动读取、待压轮对预判、轴承自动选配、工件输送、压装引套及压头自动更换、自动检测轴承是否卡滞、压装曲线自动判断等轴承压装全过程自动化控制。 参考文献： [1]铁总运[2023]191号.铁路货车轮轴组装检修及管理规那么[S]. [2]铁运[2023]202号.铁路货车段修规程[S]. [3]宋威岩，刘俭.新型位移-压力曲线轴承压装机的原理[J].哈尔滨铁道科技，2000（4）：23-25. [4]彭少雄，肖定峰.货车滚动轴承压装机液压系统泄漏对压装质量的影响[J].铁道车辆，1998（9）：3-5. [5]机械设计手册编委会.机械设计手册：单行本.密封件、密封于润滑[M].北京：机械工业出版社，2022. [6]机械设计手册编委会.机械设计手册：单行本.密封件、密封于润滑[M].北京：机械工业出版社，2022. [7]柳洪义，等.机器人技术根底[M].北京：冶金工业出版社，2002. [8]刘文波，等.工业机器人[M].沈阳：东北大学出版社，2022. [9]殷际英，等.关节型机器人[M].北京：化学工业出版社，2003. [10]东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1990.