一种墙板修复设备信号控制系统的制作方法

本发明涉及车辆维修装置技术领域，尤其涉及一种基于摩擦搅拌焊技术的墙板修复设备信号控制系统。

背景技术：

我国重载铁路经历了20多年的发展，运输量和运输密度均位于世界前列。重载运输由普通线路的21t、23t轴重通用货车、运煤专线的25t轴重专用货车，逐步向轴重27t和30t发展。其中，以c80为代表的25t轴重铝合金铁路货车，具有载重大、自重轻、耐腐蚀、易保养等优点，受到用户的一致好评。也成为将来铁路货车发展的一个方向。神华集团货车公司已有c80铝合金货车23400辆。随着其它型货车逐步减少，c80铝合金货车将达到50000辆以上，承担起神华集团煤炭的主要运输任务。大秦铁路目前共有c80铝合金货车5000辆，已运用了五、六年时间，现在开始逐渐进入维修高峰期，因此急需维修使用的相关设备。

我国铁路货车的维修保养制度采用预防为主的原则，分为定期检修和运用保养。货车定期检修的修程，分为厂修、段修、辅修和轴检四级修程，其中c80货车取消了辅修分为厂修和段修两级修成，其厂修周期是8年或160万公里，段修周期是2年或40万公里。货车段修的根本任务是：保持货车在下次厂修之前的各部状态性能良好；延长车辆配件的使用寿命；减少临修，消灭行车事故，保证运行安全，提高车辆使用效率。按照铁路货车段修规程，段修时要详细检查各部件及零配件、紧固件的技术状态：裂纹、磨耗、腐蚀、弯曲变形等应按规程规定的限度或要求加修；松动、丢失、折损等不良情况，应予施修。另外，铁路货车对于符合列检摘车修理范围的故障需要进行临修，如车体墙板破损、穿孔等。

c80铝合金货车车体修补只能返厂更换板材，或铆接铝板堵漏，俗称“打补丁”，不能用电弧焊接。这两种方法或成本高昂，或质量低劣，都是使用单位与制造单位无法接受的。

c80车体采用铝合金铆接结构，在装车受到意外撞击时，车体容易出现破损，有些车辆被铁路沿线侵入物划伤，造成不规则的凹坑甚至漏洞，这些都给运输带来了巨大的安全隐患。由于铝合金焊接操作技能要求较高，在铁路货车检修中一直没有得到推广应用，而且传统电弧焊会导致铝合金强度大幅度下降，焊缝常出现气孔、裂纹、夹渣等缺陷，并且焊接时的粉尘和烟雾对人体有害，污染环境，c80铝合金车体的修复非常困难，因此目前检修c80铝合金货车车体的端墙与侧墙破损故障时，均采取整板更换方式。更换前，必须先将支柱和环槽部位所有连接用哈克铆钉切割掉，使得c80铝合金货车的检修成本高，检修时间长，周转慢，大幅度增加了企业的运营成本。

技术实现要素：

针对段修或者临修过程中，检查到c80铝合金货车车体在运用中出现的裂纹、破损等问题，设计一种墙板修复设备信号控制系统，用以完成铝合金货车车体的修复工作，各个部件的运动由相应的电机驱动，电机的转速、压力、位置均由控制模块程序控制，自动化控制使操作简便，人机界面亲和，维修方便。本发明具体采用如下技术方案：

该系统包括移动小车、摩擦搅拌焊模块、上夹钳、下夹钳、伸缩臂模块；所述移动小车上设置有装载运输平台，所述装载运输平台可以升高和下降；所述移动小车上还设置有用于夹紧和释放摩擦搅拌焊模块的夹紧机构；所述上、下夹钳和伸缩臂模块均设置在所述摩擦搅拌焊模块上，上、下夹钳用于将摩擦搅拌焊模块固定在待修复的车辆墙板侧；

该系统还包括传感器模块，其包括第一夹紧传感器、第二夹紧传感器、到位传感器、位置传感器，所述第一夹紧传感器设置在所述夹紧机构上，所述第二夹紧传感器设置在所述上夹钳上，所述到位传感器设置在所述摩擦搅拌焊模块上，所述位置传感器设置在所述伸缩臂模块上；

监控模块，其用于接收所述传感器模块的检测信息，根据该检测信息监控所述上夹钳和所述夹紧机构的状态；

控制模块，其用于根据所述监控模块所监控到的状态信息，对所述移动小车、所述摩擦搅拌焊模块、所述上夹钳、所述伸缩臂模块进行控制。

优选地，当所述第一夹紧传感器检测到所述夹紧机构处于夹紧状态时，所述监控模块将夹紧机构的状态信息发送给所述控制模块，所述控制模块控制所述移动小车的装载运输平台上升。

优选地，当所述到位传感器检测到所述摩擦搅拌焊模块到达目标位置时，所述监控模块将摩擦搅拌焊模块的到位信息发送给所述控制模块，所述控制模块控制所述上夹钳与车辆墙板夹紧。

优选地，当所述第二夹紧传感器检测到所述上夹钳处于夹紧状态时，所述监控模块将上夹钳的状态信息发送给所述控制模块，所述控制模块控制所述伸缩臂模块由车厢外部旋转至车厢内部，当所述位置传感器检测到所述伸缩臂模块处于车厢内部时，所述控制模块控制所述伸缩臂模块进行伸缩，当所述监控模块监测到所述伸缩臂模块处于顶锻状态时，所述控制模块控制所述伸缩臂模块停止伸缩。

优选地，所述伸缩臂模块包括驱动电机、伸缩臂、伸缩撑杆、液压驱动装置以及顶板；伸缩臂和伸缩撑杆由驱动电机驱动旋转，伸缩臂和伸缩撑杆在液压驱动装置的驱动下能够进行伸缩，伸缩撑杆的两端均设置有顶板。

优选地，所述位置传感器包括第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器设置在所述伸缩臂上，第二位置传感器设置在所述伸缩撑杆上，第一位置传感器和第二位置传感器分别实时采集伸缩臂和伸缩撑杆的位置信息。

附图说明

图1是本系统结构示意图。

图2是摩擦搅拌焊模块结构图。

图3是伸缩臂模块结构图。

图4是上夹钳结构图。

其中，1-主体框架单元，2-伸缩臂模块，3-上夹钳，4-下夹钳，5-摩擦搅拌焊模块，6-移动小车，7-第一夹紧传感器，8-第二夹紧传感器，9-到位传感器，10-位置传感器，11-旋转驱动电机，12-伸缩臂，13-伸缩撑杆，14-顶板，15-固定座i，16-液压缸，17-液压顶杆，18-固定顶板，19-加强肋板。

具体实施方式

本发明的墙板修复设备信号控制系统结构设计如图1所示。该系统包括移动小车6、摩擦搅拌焊模块5、上夹钳3、下夹钳4、伸缩臂模块2、传感器模块、监控模块、控制模块。传感器模块，其包括第一夹紧传感器7、第二夹紧传感器8、到位传感器9、位置传感器10，第一夹紧传感器7设置在移动小车6的夹紧机构上，第二夹紧传感器设置在上夹钳3上，到位传感器9设置在摩擦搅拌焊模块5上，位置传感器10设置在伸缩臂模块2上；监控模块用于接收传感器模块的检测信息，根据该检测信息监控上夹钳3和夹紧机构的状态；控制模块用于根据监控模块所监控到的状态信息，对移动小车6、摩擦搅拌焊模块5、上夹钳3、伸缩臂模块2进行控制。

移动小车6底部装有麦克纳姆轮，每个麦克纳姆轮是由各自单独的电机进行驱动，只要改变4个轮子的转动方向以及相对速度，就可以在平面上实现任意轨迹的移动，包括前进、后退、横行、旋转以及组合动作等多种运动方式，非常适合转运空间有限、作业通道狭窄的环境。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。在此基础上研制的移动小车通过这种新型轮子进行组合，可以在车间地面灵活方便地实现全方位移动，使设备快速到达工作位置。同时小车上部为一个装载运输平台，设备主体框架1安装在平台上，平台可以在一定高度范围内升高和下降，实现设备整体的移动和定位。此全方位移动小车能够在行驶时实现转向，且具有良好的刚度和稳定性。

如图2所示，上夹钳3、下夹钳4和伸缩臂模块2均设置在摩擦搅拌焊模块5上，上夹钳3、下夹钳4用于将摩擦搅拌焊模块固定在待修复的车辆墙板侧。

如图3所示，伸缩臂模块2主要包括旋转驱动电机11、伸缩臂12、伸缩撑杆13、液压驱动装置以及顶板14组成。伸缩臂12以转轴为原点形成极坐标。旋转驱动电机11带动转轴，伸缩臂12和伸缩撑杆13在旋转驱动电机11的驱动下绕转轴进行旋转。同时伸缩臂12在液压驱动下可进行三级伸缩。当定位到破损位置并放置好待焊材料之后伸缩撑杆13在液压驱动下伸长，两端顶板分别顶住车厢两侧墙，提供搅拌摩擦焊所需的顶锻力。

如图4所示，上夹钳3包括固定座i15、液压缸16、液压顶杆17、固定顶板18和加强肋板19。上夹钳3的主要材料为钢材，上夹钳还包括两块焊接在一起的水平钢板和竖直钢板，两块钢板大体呈l型，所述加强肋板设置在两块钢板之间，设置加强肋板19以提高结构强度。液压缸16和固定顶板18设置在水平钢板的下端，液压缸16与液压顶杆17连接，固定座i通过螺栓与主体框架单元1连接。工作时夹爪上端贴靠在车厢上沿，固定顶板18贴靠在车厢内侧，同时液压顶杆17在液压缸16的驱动下从车厢外侧施加夹紧力，实现对车厢横梁的加紧，从上部实现对主体框架单元1的固定夹持。上夹钳3通过固定座i15应用螺栓实现主体框架单元1的连接。

本系统的信号传递及控制方式如下：当第一夹紧传感器7检测到夹紧机构处于夹紧状态时，监控模块将夹紧机构的状态信息发送给控制模块，控制模块控制移动小车6的装载运输平台上升。当到位传感器9检测到摩擦搅拌焊模块5到达车厢墙板侧的破损位置时，监控模块将摩擦搅拌焊模块5的到位信息发送给=控制模块，控制模块控制上夹钳3与车辆墙板夹紧。当第二夹紧传感器8检测到上夹钳3处于夹紧状态时，监控模块将上夹钳3的状态信息发送给控制模块，控制模块通过旋转驱动电机11控制伸缩臂模块2由车厢外部旋转至车厢内部，当位置传感器10检测到伸缩臂模块2处于车厢内部时，然后控制模块通过液压驱动装置驱动伸缩臂12和伸缩撑杆13伸长，伸缩臂12和伸缩撑杆13上分别设有第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器和第二位置传感器分别实时采集伸缩臂和伸缩撑杆的位置信息。监控模块将两个位置传感器采集的位置信息实时传递给控制模块，控制模块根据两个位置传感器采集的实时位置信息不断调整控制指令，直至伸缩撑杆一端的顶板顶住车厢内部一侧。伸缩撑杆13一端的顶板14顶住车厢内部一侧后，控制模块通过液压驱动装置控制伸缩撑杆13的另一端伸长，直至另一端的顶板顶14住车厢内部另一侧。