智能化全自動軸承壓裝機研究

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，以及壓裝不同型號軸承前需要人工判斷并人工手動更換不同規(guī)格的引套與壓頭，同時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)檢測問題。設(shè)計一種全自動軸承壓裝機，實現(xiàn)鐵路車輛的輪對的軸承快速定位、軸承自動上料與自動壓裝工作，設(shè)備具有機械手自動定位中隔圈，自動抓取軸承上料，自動壓裝，在壓裝過程中自動旋轉(zhuǎn)軸承并檢測軸承是否卡滯等功能，設(shè)備自動化程度高，杜絕了工人操作的危險，提高了鐵路車輛輪對軸承壓裝效率。

關(guān)鍵詞：滾動軸承;軸承壓裝;機械臂軸承上料

中圖分類號：U260.71 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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，需要搬運軸承或者通過滾道滾動軸承到壓裝工位。而且不同型號軸承壓裝前需要經(jīng)人工手動更換不同規(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)，人工進行拆卸費時費力。同時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，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，進行中隔圈手動定位，該過程中由于壓裝缸推動引套一直向前運動，很容易發(fā)生引套擠傷工人手指，造成工傷。同時在壓裝過程中需要旋轉(zhuǎn)軸承外圈，保持其旋轉(zhuǎn)靈活;卡滯時須停止壓裝，退卸檢查等工作。

1 智能化全自動軸承壓裝機設(shè)計

針對以上問題，結(jié)合其他行業(yè)現(xiàn)有自動化以及智能化機械手臂結(jié)構(gòu)，采用仿人工形式抓取軸承，同時改變現(xiàn)有軸承壓裝機油缸結(jié)構(gòu)，設(shè)計智能化全自動軸承壓裝機，實現(xiàn)鐵路車輛的軸承快速定位、軸承自動上料與自動壓裝工作，設(shè)備具有機械手自動定位中隔圈，自動抓取軸承上料，自動壓裝，在壓裝過程中自動旋轉(zhuǎn)軸承并檢測軸承是否卡滯等功能，設(shè)備自動化程度高，杜絕了工人操作的危險，提高了鐵路車輛輪對軸承壓裝效率。

2 主機結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

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

3 軸承上料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸承上料機械手采用四軸結(jié)構(gòu)，機械手具有橫移、上下、前后、旋轉(zhuǎn)四個動作，機械手前端設(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

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，定位活塞長度大于壓裝活塞，其探出壓裝主油缸缸體外部，探出長度與壓裝套長度相同，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)檢測機構(gòu)設(shè)計

軸承旋轉(zhuǎn)檢測機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由軸承驅(qū)動機構(gòu)以及軸承旋轉(zhuǎn)檢測機構(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連接，定位翻板上部安裝有驅(qū)動氣缸，軸承壓裝過程中，軸承旋轉(zhuǎn)檢測機構(gòu)上部的驅(qū)動氣缸動作推動翻板帶動硬橡膠輪使其壓在軸承外環(huán)上，減速電機旋轉(zhuǎn)，從而帶動軸承外環(huán)轉(zhuǎn)動，同時軸承旋轉(zhuǎn)檢測機構(gòu)隨著軸承轉(zhuǎn)動，如果軸承出現(xiàn)卡滯檢測輪將出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)異常，檢測軸承故障。具體結(jié)構(gòu)見圖4：

6 智能化全自動軸承壓裝機轉(zhuǎn)換輪對型號方式

設(shè)備通過提前自動讀取輪對軸頸壓裝機上待壓輪對的數(shù)據(jù)，提前預(yù)判待壓裝輪對型號，通過機械臂提前自動抓取壓裝引套及壓頭更換到壓裝油缸上。在壓裝時機械臂自動抓取待壓裝軸承同時定位軸承內(nèi)部中隔圈，從而實現(xiàn)不同型號輪對及軸承壓裝工作，同時設(shè)備在壓裝過程中自動旋轉(zhuǎn)軸承并檢測軸承是否卡滯等功能。

7 電控系統(tǒng)設(shè)計

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

計算機作為主控設(shè)備，可以與車輛段既有的軸承智能庫、軸徑測量機聯(lián)網(wǎng)使用，繼而實現(xiàn)軸承的自動選配、自動傳輸、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等貨車輪對用滾動軸承。（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）機械臂重量：≤800公斤。（9）運動軸數(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：+40°/-40° 27°/s。（17）軸4旋轉(zhuǎn)：+90/-90° 120°/s。（18）主機外形尺寸：5600×770×1985。（19）數(shù)據(jù)保存：自動保存壓裝數(shù)據(jù)、打印輸出。（20）數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)通過傳輸線直接進入HMIS系統(tǒng)。（21）微機控制部分為工業(yè)計算機（研華）主流機型、品牌21寸液晶顯示屏、配置1臺A4激光打印機。

9 結(jié)束語

新型的智能化全自動軸承壓裝機，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)整中隔圈等勞動強度大且易發(fā)生工傷、效率低下、人員浪費等問題，全套實現(xiàn)輪對軸頸數(shù)據(jù)自動讀取、待壓輪對預(yù)判、軸承自動選配、工件輸送、壓裝引套及壓頭自動更換、自動檢測軸承是否卡滯、壓裝曲線自動判斷等軸承壓裝全過程自動化控制。

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