鐵路貨車輪對全自動機器人噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用

吳興旺，張惠

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

鐵路貨車輪對全自動機器人噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用

吳興旺，張惠

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

鐵路貨車輪對全自動機器人噴涂系統(tǒng)是針對目前國內(nèi)鐵路貨車檢修中，輪對噴涂普遍采用人工噴涂或設(shè)備噴涂漆霧利用率底，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差，危害職業(yè)職工身體健康的實際情況而設(shè)計的全自動機器人噴涂系統(tǒng)。本文主要介紹了鐵路貨車輪對全自動機器人噴涂系統(tǒng)的輸送定位方式、噴涂方式、控制方式，給出了方便簡潔的、全自動化的輪對噴涂系統(tǒng)模式。

輪對；機器人；全自動；噴涂；鐵路貨車

鐵路貨車輪對檢修時，需對支出輪對的軸身、內(nèi)外幅板、防塵板座、前蓋、后擋進行噴漆或刷漆處理。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)備自動噴漆。經(jīng)過長期使用表明，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進行，需要占用額外的空間和時間。因此，鐵路貨車輪對噴涂亟需自動化改造，通過噴涂機器人完成輪對全自動噴涂，其意義如下：實現(xiàn)機器人對輪對指定部位（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，提高生產(chǎn)效率，免去人工作業(yè)，減少作業(yè)程序，降低勞動強度。通過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 鐵路貨車輪對全自動噴涂系統(tǒng)

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

鐵路貨車輪對全自動噴涂系統(tǒng)利用頂升氣缸組合鉸接點及擺臂實現(xiàn)系統(tǒng)的自動上下料，設(shè)計兩側(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，既防護了軸承，又實現(xiàn)了輪對頂升，輪對舉升到位后，利用重力使摩擦輪與輪對輪緣接觸，由減速電機驅(qū)動摩擦輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)驅(qū)動輪對旋轉(zhuǎn)，利用安裝自動離子噴槍的六軸噴涂機器人按照“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崿F(xiàn)自動噴涂。其具體工藝流程如下。

（1）將系統(tǒng)啟動，此時漆霧處理系統(tǒng)啟動。

圖1

（2）將系統(tǒng)選擇自動狀態(tài)，工作者將輪對輸送設(shè)備上方，系統(tǒng)檢測輪對就位，若此時噴漆房無輪對進行噴漆，則噴漆房進口門升起，推件氣缸升起，撥動輪對進入輪對頂升位置。

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

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

（5）六軸噴涂機器人工作，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M行自動噴涂。

（6）噴漆工作結(jié)束后，頂升氣缸下降，同時噴漆房出口門升起，推件氣缸撥動輪對出噴漆房，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

采用氣缸為動力，設(shè)置鉸接點及擺臂，用來驅(qū)動輪對位移；并設(shè)置定位塊，同樣采用氣缸驅(qū)動的定位快升降，用來定位輪對，如圖2。計算過程：輪對力臂326mm，氣缸力臂500mm，輪對重量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

在輪對兩側(cè)各設(shè)置一套頂升裝置，采用氣缸為動力，設(shè)置導(dǎo)向裝置，保證垂直升降，將輪對整體升降。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。設(shè)備應(yīng)具備廢漆防護措施，設(shè)備表面可采用覆膜方式進行防護。計算過程：輪對重量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氣缸型號不給油型，單桿雙作用缸。缸徑180mm，行程210mm，帶保護套，無桿側(cè)氣緩沖。無桿側(cè)法蘭固定。帶防爆感應(yīng)開關(guān)。

圖3

2.3 噴涂機器人

輪對旋轉(zhuǎn)以后，對機器人輸出一個信號，機器人接收到信號以后開始動作，手臂移動至需要噴涂的起始位置，然后機器人需要輸出一個信號，噴漆泵開始啟動，機械手夾持著噴槍開始噴漆，當(dāng)機器人的手臂移動到既定位置后（此位置需要現(xiàn)場確定，至少需要噴涂軸身方向一半以上的位置），機器人需要輸出一個信號，此時需要停泵停槍，由PLC控制氣缸電磁閥動作，然后機器人底座移動氣缸開始移動，氣缸移動行程為800mm,當(dāng)氣缸本身的接近開關(guān)檢測到氣缸移動到位后，需要對機器人輸出一個信號，機器人的手臂開始移動至需要噴涂的起始位置，然后機器人需要輸出一個信號，噴漆泵開始啟動，機械手夾持著噴槍開始噴漆，直至整個輪對噴涂完畢，然后機器人輸出信號，停泵停槍，整個噴涂作業(yè)完成。此時機器人不動，當(dāng)下一個輪對旋轉(zhuǎn)以后，機器人接收到信號以后，直接啟動噴漆泵開始沿著反向噴漆，進行下一個循環(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一端鉸接、一端連接頂升氣缸的仿形撥桿和撥桿上的一個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)輪對由人工驅(qū)動就位后（放置到輸送定位裝置后），當(dāng)需要輸送時，噴漆室的升降門前門A處于打開的狀態(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，同時頂升氣缸升起。此時輪對在自重作用下，滾動到下一工位。該裝置復(fù)位。

2.4.2 輸送/定位二

輸送定位裝置由一個一端鉸接、一端連接頂升氣缸的仿形撥桿和撥桿上的一個帶凸塊的定位氣缸組成。輸送定位裝置的定位氣缸升起，輪對由輸送定位裝置驅(qū)動到噴漆房內(nèi)，噴漆室的升降門A和B關(guān)閉，此時輸送定位裝置二的定位氣缸處于上位，在軌道處設(shè)置一個行程開關(guān)，檢測輪對位置。噴涂完畢后，當(dāng)需要輸送時，噴漆室的升降門后門B處于打開的狀態(tài)，定位氣缸收縮到位，同時頂升氣缸升起。此時輪對在自重作用下，滾出噴漆室。該裝置復(fù)位。

2.4.3 輪對頂升

輪對到達噴漆工位，并定位。輪對頂升氣缸上升，將輪對頂?shù)街付ǜ叨?。噴漆結(jié)束后輪對頂升氣缸下降，復(fù)位。

2.4.4 輪對旋轉(zhuǎn)

結(jié)構(gòu)：摩擦輪壓緊后，減速電機驅(qū)動橡膠輪帶動輪對旋轉(zhuǎn)。輪對頂升氣缸頂升到位，電機（1．1kW，帶制動）開始旋轉(zhuǎn)。電機旋轉(zhuǎn)一定時間（現(xiàn)場觀察輪對旋轉(zhuǎn)勻速后），給機器人一開始噴漆信號。機器人噴漆結(jié)束后，電機停止運轉(zhuǎn)。等待電機（帶制動）驅(qū)動輪靠摩擦力將輪對完全停止后，結(jié)束一工作循環(huán)，開始新一工作循環(huán)。

2.4.5 噴涂動作

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

圖5

3 結(jié)語

鐵路貨車輪對全自動噴涂系統(tǒng)可以實現(xiàn)輪對輸送、噴涂完全自動運行，提高了工作效率和工作質(zhì)量，降低勞動強度，改善了工作環(huán)境。

[1]成大先主編．機械設(shè)計手冊第五版[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2008．1．

[2]氣缸選型手冊．SMC．

U270.65

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1671-0711（2017）08（下）-0156-03