智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)研究

譚兆海 王遠(yuǎn)新 劉鵬飛 劉楨榕

摘 ?要：為了解決軸承壓裝過程中人工搬運(yùn)，以及壓裝不同型號(hào)軸承前需要人工判斷并人工手動(dòng)更換不同規(guī)格的引套與壓頭，同時(shí)壓裝過程中軸承中隔圈定位問題，與軸承壓裝過程中旋轉(zhuǎn)檢測(cè)問題。設(shè)計(jì)一種全自動(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、軸承自動(dòng)上料與自動(dòng)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。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承;軸承壓裝;機(jī)械臂軸承上料

中圖分類號(hào)：U260.71 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）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

鐵路貨車軸承質(zhì)量為25-35公斤，工人在軸承壓裝過程中，需要搬運(yùn)軸承或者通過滾道滾動(dòng)軸承到壓裝工位。而且不同型號(hào)軸承壓裝前需要經(jīng)人工手動(dòng)更換不同規(guī)格的引套與壓頭方可壓裝，由于引套與壓頭均為螺栓固定結(jié)構(gòu)，人工進(jìn)行拆卸費(fèi)時(shí)費(fèi)力。同時(shí)在壓裝過程中由于軸承內(nèi)部的中隔圈無法定位，特別是有些年限較早的軸承壓裝機(jī)，在往引套上穿引軸承過程中，需要工人將手探入軸承內(nèi)部用手扶住中隔圈，進(jìn)行中隔圈手動(dòng)定位，該過程中由于壓裝缸推動(dòng)引套一直向前運(yùn)動(dòng)，很容易發(fā)生引套擠傷工人手指，造成工傷。同時(shí)在壓裝過程中需要旋轉(zhuǎn)軸承外圈，保持其旋轉(zhuǎn)靈活;卡滯時(shí)須停止壓裝，退卸檢查等工作。

1 智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)設(shè)計(jì)

針對(duì)以上問題，結(jié)合其他行業(yè)現(xiàn)有自動(dòng)化以及智能化機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，采用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)鐵路車輛的軸承快速定位、軸承自動(dòng)上料與自動(dòng)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。

2 主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)包括四個(gè)部分，分別由軸承壓裝機(jī)主機(jī)（含軸承上料機(jī)械手）、軸承上料線、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

軸承壓裝機(jī)主機(jī)由主機(jī)基座，兩側(cè)箱式立梁，壓裝機(jī)主油缸，機(jī)械手懸掛橫梁，軸承上料機(jī)械手，輪對(duì)升降及定位裝置，壓裝引套及壓裝頭快換裝置，軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)等組成，設(shè)備樣式見圖1：

3 軸承上料機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承上料機(jī)械手采用四軸結(jié)構(gòu)，機(jī)械手具有橫移、上下、前后、旋轉(zhuǎn)四個(gè)動(dòng)作，機(jī)械手前端設(shè)置有軸承專用夾具，設(shè)備通過預(yù)設(shè)程序自動(dòng)完成軸承抓取上料等全過程（圖2）。

4 壓裝油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓裝主油缸其結(jié)構(gòu)為雙層套缸結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部分別為壓裝活塞與定位活塞，定位活塞長(zhǎng)度大于壓裝活塞，其探出壓裝主油缸缸體外部，探出長(zhǎng)度與壓裝套長(zhǎng)度相同，用來定位內(nèi)部含有壓裝套的軸承，具體樣式見圖3：

5 軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由軸承驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成，其安裝在壓裝主油缸的壓裝頭部位，其為翻板式結(jié)構(gòu)，定位翻板，前端為硬橡膠輪，硬橡膠輪與后部減速電機(jī)連接，定位翻板上部安裝有驅(qū)動(dòng)氣缸，軸承壓裝過程中，軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)上部的驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作推動(dòng)翻板帶動(dòng)硬橡膠輪使其壓在軸承外環(huán)上，減速電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)軸承外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)軸承旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)隨著軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，如果軸承出現(xiàn)卡滯檢測(cè)輪將出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)異常，檢測(cè)軸承故障。具體結(jié)構(gòu)見圖4：

6 智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)轉(zhuǎn)換輪對(duì)型號(hào)方式

設(shè)備通過提前自動(dòng)讀取輪對(duì)軸頸壓裝機(jī)上待壓輪對(duì)的數(shù)據(jù)，提前預(yù)判待壓裝輪對(duì)型號(hào)，通過機(jī)械臂提前自動(dòng)抓取壓裝引套及壓頭更換到壓裝油缸上。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)備在壓裝過程中自動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸承并檢測(cè)軸承是否卡滯等功能。

7 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)備采用計(jì)算機(jī)與PLC雙層控制模式，計(jì)算機(jī)作為主控設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互操作，設(shè)備動(dòng)作將采用PLC控制模式，這樣的控制方式既減少了人機(jī)交互過程中過度的干預(yù)設(shè)備動(dòng)作，同時(shí)也提高了設(shè)備的反應(yīng)速度，提高設(shè)備控制精度。

計(jì)算機(jī)作為主控設(shè)備，可以與車輛段既有的軸承智能庫(kù)、軸徑測(cè)量機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用，繼而實(shí)現(xiàn)軸承的自動(dòng)選配、自動(dòng)傳輸、智能壓裝。

8 主要規(guī)格與參數(shù)

（1）適用范圍：適用于壓裝RD2、RE2、RF2等貨車輪對(duì)用滾動(dòng)軸承。（2）電源：AC380V（±10%），50Hz。（3）公稱壓力：800kN。（4）壓裝工作節(jié)拍：3分鐘/套。（5）負(fù)載：80公斤。（6）臂的附加負(fù)載：20公斤。（7）總負(fù)載：100 公斤。（8）機(jī)械臂重量：≤800公斤。（9）運(yùn)動(dòng)軸數(shù)：4。（10）最大作用范圍：≥1100mm。（11）重復(fù)精度：〈+/-0.06mm。（12）法蘭盤（第 4軸上） DIN ISO 9409-1-A50。（13）安裝位置：吊裝。（14）軸1走行 0-2400mm 36M/min。（15）軸2升降 0-500mm ?17M/min。（16）軸3擺動(dòng)：+40°/-40° 27°/s。（17）軸4旋轉(zhuǎn)：+90/-90° 120°/s。（18）主機(jī)外形尺寸：5600×770×1985。（19）數(shù)據(jù)保存：自動(dòng)保存壓裝數(shù)據(jù)、打印輸出。（20）數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)通過傳輸線直接進(jìn)入HMIS系統(tǒng)。（21）微機(jī)控制部分為工業(yè)計(jì)算機(jī)（研華）主流機(jī)型、品牌21寸液晶顯示屏、配置1臺(tái)A4激光打印機(jī)。

9 結(jié)束語(yǔ)

新型的智能化全自動(dòng)軸承壓裝機(jī)，解決了軸承壓裝過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、效率低下、人員浪費(fèi)等問題，全套實(shí)現(xiàn)輪對(duì)軸頸數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取、待壓輪對(duì)預(yù)判、軸承自動(dòng)選配、工件輸送、壓裝引套及壓頭自動(dòng)更換、自動(dòng)檢測(cè)軸承是否卡滯、壓裝曲線自動(dòng)判斷等軸承壓裝全過程自動(dòng)化控制。

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