火車輪對壓裝選配系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

楊霄 許捷 張永康

摘? 要：面對某批次火車車輪和車軸零件，提出了一種基于最大配對成功率之選配原則的輪對壓裝選配方法，基于VB 6.0和SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了火車輪對壓裝選配系統(tǒng)，在滿足壓裝曲線的前提下能最大限度地配對成功，并自動生成未配成對的配輪卡或配軸卡。

關(guān)鍵詞：火車輪對;輪對壓裝;選配方法;系統(tǒng)開發(fā)

中圖分類號：U260.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0163-03

引言

從大量加工好的零件中，依據(jù)一定的條件或者標(biāo)準(zhǔn)，將兩個(gè)相互配合的零件選擇出來，為后續(xù)的裝配工序做好準(zhǔn)備工作，以獲得裝配精度要求較高的產(chǎn)品[1]，這就是選配。

選配技術(shù)在軸承、發(fā)動機(jī)裝配中得到了較好的應(yīng)用。以裝配成功后剩余零件數(shù)最小為目標(biāo)，對軸承采取分步選配的方式[2];在發(fā)動機(jī)裝配過程中，提出了多目標(biāo)化的選配模型，開發(fā)了專用系統(tǒng)能進(jìn)行零部件信息管理、零件選配優(yōu)化、選配結(jié)果輸出[3]。

在鐵道車輛領(lǐng)域，有基于智能化倉庫技術(shù)，由選配優(yōu)化原則、先出先進(jìn)原則和最短路徑原則設(shè)計(jì)了軸承自動選配系統(tǒng)[4];某企業(yè)自主研發(fā)了輪座與軸頸測量系統(tǒng)以及選配系統(tǒng)[5];有企業(yè)利用現(xiàn)代測量技術(shù)得到車輪、車軸的裝配面尺寸數(shù)據(jù)，再根據(jù)倉儲要求開發(fā)了輪軸智能測量及選配系統(tǒng)[6]，雖然能縮短測量時(shí)間，提高了火車輪對的壓裝效率，但均存在著較大的重復(fù)測量精度問題，且未考慮最大配對成功率，從而導(dǎo)致批量裝配后本不需要返工的零件較多。

1 火車輪對壓裝選配方法

在火車輪對壓裝工藝中，根據(jù)輪軸壓裝過盈量范圍，選擇合適的車輪壓裝到車軸上，其壓裝曲線必須在客戶認(rèn)可的輪對壓裝特性曲線框內(nèi)。采用人工配對的方式進(jìn)行生產(chǎn)加工，生產(chǎn)效率低，且隨機(jī)的選擇符合壓裝過盈量的輪軸進(jìn)行壓裝，不可能最大限度地將同批次輪軸完成配對，軸配不到輪或者輪配不到軸的零件數(shù)量比重大，加大了返工重配的工作量。

本文提出輪對選配概念，即采用自主開發(fā)的專用系統(tǒng)，根據(jù)某車軸輪座直徑尺寸，從大量的車輪中，選擇在允許過盈量等工藝參數(shù)范圍內(nèi)的某車輪輪轂孔直徑尺寸與之相配，配好一副輪對后，依次進(jìn)行。選配的目標(biāo)是，在滿足壓裝曲線要求情況下盡量使已加工過的某批次車軸和車輪全部配對成功，這就是最大配對成功率選配原則，其選配流程如圖1所示。

圖1 最大配對成功率選配方案流程

1.1 選配準(zhǔn)備

確認(rèn)輪座和輪轂孔的直徑尺寸、圓柱度、粗糙度等壓裝參數(shù)均檢測完好，直徑尺寸在壓裝要求的公差范圍內(nèi);將車輪與車軸的裝配尺寸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地錄入到選配系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫;依據(jù)以往的壓裝經(jīng)驗(yàn)或仿真分析，確定并輸入預(yù)壓裝采用的壓裝邊界條件，即試壓階段要用的最優(yōu)過盈量范圍或最優(yōu)值;在壓裝選配前，要確認(rèn)訂單信息，訂單號為不同批次輪對的產(chǎn)品標(biāo)記。

1.2 選配

預(yù)壓裝滿足壓裝曲線要求后，壓裝邊界條件隨之確定，再進(jìn)入選配壓裝環(huán)節(jié)。當(dāng)預(yù)壓裝不合格時(shí)，做適當(dāng)調(diào)整后再次預(yù)壓裝。

選配環(huán)節(jié)采用最大配對成功率選配原則、基于基軸制的選配方法進(jìn)行選配。取最小的輪座直徑d，從最大車輪孔徑D開始配，如果滿足公式（1）則配該輪，依次進(jìn)行，這樣選配的優(yōu)點(diǎn)就是盡量把小直徑的車軸和大直徑孔的車輪先配掉，力求配對成功率最大。

1.3 輸出結(jié)果

按照上述原則配對成功的輪對儲存其配對結(jié)果。當(dāng)車軸輪座尺寸偏差較大，找不到合適的輪孔來配對時(shí)，選配系統(tǒng)將出具配輪卡，配輪卡提供滿足過盈量邊界條件的輪孔尺寸，重新加工車輪，再進(jìn)行裝配，當(dāng)然，如果車軸輪座尺寸過大，則要按特定要求返工;過小則報(bào)廢。配軸卡原理同配輪卡。

如果輪孔直徑過大則報(bào)廢車輪;輪孔直徑過小的車輪將按原圖尺寸及其公差返工。對于裝配面的粗糙度、錐度等參數(shù)不符合輪對壓裝工藝要求，但現(xiàn)場進(jìn)行修整后符合技術(shù)指標(biāo)的車軸（或車輪），可重新錄入尺寸參數(shù)到選配系統(tǒng)再參與選配。壓裝后輪對壓裝曲線合格的即為成品，不合格的需要退輪等待后續(xù)處理。

2 輪對壓裝選配系統(tǒng)的功能需求與系統(tǒng)框架

根據(jù)上述選配方法和壓裝工藝要求，經(jīng)過仔細(xì)分析和多方交流，本系統(tǒng)的主要功能需求如下：

系統(tǒng)管理：可根據(jù)企業(yè)需求更改相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

用戶權(quán)限管理：不同的用戶，權(quán)限不同，登錄后只能使用不同的功能模塊。

裝配尺寸數(shù)據(jù)庫：建立輪軸壓裝裝配面尺寸參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，能擴(kuò)充各種規(guī)格此類數(shù)據(jù)庫，能方便地查詢相關(guān)產(chǎn)品信息。

邊界條件數(shù)據(jù)庫：建立輪對壓裝過盈量數(shù)據(jù)庫。

選配并輸出結(jié)果：對已有的車輪車軸進(jìn)行最大配對成功率的自動選配，輸出配對結(jié)果。對現(xiàn)有的未配上的車軸或者車輪，自動生成對應(yīng)的車輪孔或車軸的加工尺寸，生成配輪卡或配軸卡。針對壓裝不合格而退卸的車軸與車輪，返工處理后重新進(jìn)入選配系統(tǒng);若出現(xiàn)缺軸或者缺輪的，建立配軸卡或配輪卡。配對明細(xì)表的自動生成與打印基于以上分析，制定的火車輪對壓裝選配系統(tǒng)的總體框架如圖2所示。

3 系統(tǒng)開發(fā)

在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)過程中，采用VB6.0程序編寫系統(tǒng)界面，在建立的客戶端，客戶可以完成數(shù)據(jù)的輸入、選配、配輪、配軸、報(bào)表、打印、查詢、刪除等操作，選擇SQL Server作為數(shù)據(jù)庫存儲的載體。

本系統(tǒng)所采用的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫，共包含了7個(gè)數(shù)據(jù)表，即：訂單信息表、用戶信息表、車軸參數(shù)信息、車輪參數(shù)信息、配對結(jié)果表、配軸卡表、配輪卡表。

眾多數(shù)據(jù)庫的建立，依據(jù)VB 6.0程序語言及其Active X Automation技術(shù)，運(yùn)用ADO數(shù)據(jù)訪問接口，使得本系統(tǒng)具備人機(jī)交互界面簡潔、使用方便、可視化高、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，滿足了用戶對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸出等需求。

4 系統(tǒng)調(diào)試與應(yīng)用

本軟件運(yùn)行環(huán)境：Window XP/7操作系統(tǒng)及以上+SQL Server 2008及以上。安裝VB 6.0或者使用VB 6.0中文版工具中的Package & Deployment向?qū)В虬蒘etup.exe，安裝于用戶計(jì)算機(jī)，并將該計(jì)算機(jī)中某個(gè)較大的硬盤（如D：＼）作為數(shù)據(jù)庫存儲地址和文件存儲地址。

以AUS940型輪對為例，點(diǎn)擊運(yùn)行安裝好的專用程序圖標(biāo)，輸入用戶名和密碼后登錄進(jìn)入主界面如圖3所示，主菜單上有“新建”、“車輪參數(shù)”、“車軸參數(shù)”、“邊界條件”、“配對”、“配輪”、“配軸”等按鈕。

在進(jìn)行選配之前，根據(jù)輪對產(chǎn)品客戶訂單，本系統(tǒng)用戶填寫新建訂單信息，登記輪對各種必要信息，如圖4所示。

在車軸參數(shù)、車輪參數(shù)界面，分別輸入所測量的輪軸裝配面直徑尺寸數(shù)據(jù)，檢查并保存。車輪輪孔直徑數(shù)據(jù)輸入界面如圖5所示。車軸輪座直徑數(shù)據(jù)輸入界面與此類似，其中各裝配面的公差與錐度如果滿足加工工藝要求，系統(tǒng)中可采用默認(rèn)值。

輪軸參數(shù)數(shù)組錄入并保存后，在各參數(shù)滿足工藝條件下進(jìn)入選配環(huán)節(jié)，根據(jù)過盈量和最大配對成功率之選配原則進(jìn)行自動選配，輪軸配對結(jié)果如圖6所示。

對選配階段未能配到車輪的車軸，點(diǎn)擊系統(tǒng)界面中“配輪”按鈕，根據(jù)所設(shè)定的邊界條件，系統(tǒng)會自動計(jì)算出與該軸輪座對應(yīng)的車輪孔直徑尺寸及公差，并輸出配輪卡，配輪界面如圖7所示。

對選配階段未能配到車軸的車輪，點(diǎn)擊系統(tǒng)界面中“配軸”按鈕，根據(jù)所設(shè)定的邊界條件，系統(tǒng)會自動計(jì)算出與該車輪孔對應(yīng)的車軸輪座直徑尺寸及公差，并輸出配軸卡。

5 結(jié)束語

基于最大配對成功率選配原則，運(yùn)用VB 6.0作為開發(fā)工具，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，完成了火車輪對壓裝選配系統(tǒng)的開發(fā)，能實(shí)現(xiàn)火車輪對壓裝前的快速配對，使得盡可能多的將同批次車軸和車輪配對成功，且自動給出未配對成功的軸或輪對應(yīng)的配輪卡或配軸卡，利于輪軸返修并重配。

該系統(tǒng)操作方便，其功能得到了充分的現(xiàn)場驗(yàn)證，大大提高了輪對壓裝效率和成功率，還可依據(jù)用戶需求進(jìn)行查詢打印等功能，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉明周，郭嘉，李旗號.機(jī)械產(chǎn)品精密配合中的選配方法研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40（6）：165-168.

[2] Knanan S，Jyaabalan V.A New Grouping Method to Minimize Surplus Parts in Selective Assembly for Complex Assemblies[J].2001，9（39）：1851-1863.

[3]孫宗宸.面向發(fā)動機(jī)裝配的計(jì)算機(jī)輔助選配方法及系統(tǒng)開發(fā)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]李偉.鐵路貨車軸承智能存取選配系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[5]申建利.高速動車軸承軸頸監(jiān)測及智能選配的研究[D].太原：太原科技大學(xué)，2014.

[6]張鵬.基于立體倉庫的輪軸裝配選配優(yōu)化研究[D].大連：大連交通大學(xué)，2014.