专利名称：标样比较法自动检测承载鞍设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铁路货车承载鞍运用检修，对各型承载鞍磨耗量进行自动检测的设备及方法。
背景技术：
承载鞍是铁路货车转向架的重要部件，安装在货车轮对滚动轴承和转向架侧架导框之间，承担货车轮对轴承座的作用。承载鞍的内圆弧鞍面与轮对滚动轴承密贴，顶面与侧架导框下平面紧密接触，主要承受和传递着轮重载荷和轮轨滚动冲击载荷；承载鞍导框的内侧面与侧架导框对应面之间，保持合理的间隙，对抑制车辆高速运行时所产生的蛇行运动有较好的效果，也可满足转向架在曲线运行时转动灵活的要求。承载鞍的工作面有承载鞍支撑顶面、轴承圆弧鞍面及轴承挡肩内环面、导框档边内侧面、导框底面，上述工作面在车辆运行中承受载荷轴重、轮轨冲击和振动载荷作用，承载鞍各工作面与侧架导框对应面产生相互摩擦，保持了转向架的动力学性能和车辆的正常运行，同时承载鞍各工作面也产生相应的工作磨耗。根据设计和安全运用要求，铁道部下达“货车检修规程”对承载鞍各工作面的最大磨耗量提出明确限度要求，在车辆检修时对上述部位进行检测，超过规定限度时进行修复或更换。目前全国货车检修仍然采用手工样板检测方法，对应部位采用不同卡板、量规和检查尺等计量器具，每种型号承载鞍有一套专用量具。当前全国铁路货车保有量约60万辆，每年运用后需要段修的货车约几十万辆，每辆车装有8件承载鞍，每年承载鞍检修总量计约300余万件。每件约18kg，手工翻转检测和搬运数次，工作繁杂，靠样板目测没有测量信息记录，检测质量低，使检修和落车装配无据可依，已成为车辆安全运用现代化管理的瓶颈；各种量规的保管、使用维护和定期校对等也十分复杂。总之，人工检测效率低，劳动强度大，成本高；有时使检测作业流于形式，造成安全运用的隐患。近年来铁路领导部门和有关专业技术部门对开发承载鞍检测设备进行技术探索和试验①2002年5月公开的专利名称为“铁路货车承载鞍检测设备”，专利号01259363(唐山)，简介机械部分采用液压系统、旋转齿盘机构等，检测工位设有步进电机旋转测量杆和液压滑动检测杆。该项法律状态已于2003年10月08日未交年费专利权终止;②2003年8月公开的“铁路货车承载鞍智能检测设备”专利号02247984，(兰州新普光机电集成技术有限责任公司)简介机械部分米用气缸传动，检测机构设有各方向测量头及位移传感器等。法律状态已于2007年10月17日未交年费专利权终止；③2004年8月公开专利名称“承载鞍尺寸检测装置”专利号CN2632627，专利权人连云港九洲电控设备有限公司，简介采用流水作业，工件在流水线上是纵向步进的，将检测工作分散为两个台位进行，采用PLC控制，微机处理位移传感器检测结果等；2005年《铁道车辆》第05期发表“CZA-1I型承载鞍自动检测机”，是基于前项“承载鞍尺寸检测装置”专利内容撰写的，该系统要求工件在两个检测台位分别定位增加了定位难度，检测过程传感器模块上下频繁移动对检测的重复精度也会有影响，该方案没有成功的现场实施使用案例；④承载鞍检测也引起铁路外其他行业科技人员注意，2008年第03期《工业仪表与自动化装置》发表了 “列车承载鞍自动检测分拣系统的研制”，提出采用位移传感器制成接触探头测量，用ADAM5510工控机负责采集数据运算处理等，但没有对承载鞍检测系统的详细结构设计内容。⑤2003年第03期《铁路技术创新》发表“光学非接触测量技术在承载鞍自动检测中的应用”及2005年第02期《中国机械工程》发表“货车承载鞍视觉自动检测研究”等论文，并于2005年由天津大学精密测试技术与仪器国家重点研究室等部门科研人员，探索利用几组激光投射器的射线结构光照射被测面形成图像，再通过几组立体视觉光学传感器对图像进行采集，即三维形貌测量技术，对承载鞍磨耗进行检测研究，并开发影像视觉检测组件和相应软件等，对承载鞍检测进行开发论证和实验研究，但存在光学传感器系统体积大、对环境亮度要求高，难以达到检测精度要求，又要采用软件设计补偿等，增加了技术难度和设备成本。凡此种种，有的单机制造费耗资近百万元，虽经各方给予期待和关切，但均没能达到现场实际应用的客观效果。⑥本专利申请人曾于2005年为成都东车辆段设计开发用于“转8A”型承载鞍的自动检测设备，首次采用标准样块比较法对承载鞍进行检测；测量探头采用电涡流非接触传感器组成检测模块，微机处理检测结果；初步解决了该型承载鞍三维工作面磨耗量检测难题，取得初步成功并交付试用。但由于存在非接触传感器预留间隙难以调整；传感器对不同材料电涡流需要进行数据补偿，检测产品型号单一等不足，未能完成进一步跟进开发。近年来我国铁路货运重载、提速得到快速发展，速度为120km/h的提速货车和轴重25t的重载货运列车发展迅速，已经成为货车主力和发展方向。在全国各货车运用检修段所承担的任务中，基于D轴的转K2型、转K4型及基于E轴的转K5型、转K6型承载鞍已占据检修主导地位，对新型承载鞍检测设备开发提出更高的技术要求。而目前，在货车运用检修现场，对承载鞍检测的落后装备和方式，与现有动车段转向架检修流水线中的其他部件的检修技术差距越来越大，已经成为货车检修的薄弱环节。
发明内容
3.1要解决的技术问题本承载鞍自动检测设备发明项目，是针对现有各型承载鞍检测的通用设备。承载鞍其实质是货车轮对的开放式滚动轴承座，承受和传递侧架导框和轴承各种载荷，其接触面必然产生磨损；经过设计和应用实践总结制定的“铁路货车检修规程”，明确规定各部位的合理磨耗量限度，超过限度值将对正常运用造成影响。但因承载鞍形状复杂工作面分散，尺寸测量难度大，又加承载鞍种类多、形状各异，至今尚未开发出适用的检测设备。以往研究试验存在的问题有对被检测工件各工作面磨耗量的原型基准尺寸标定有缺失，没有提供实体标准样块和采用对比的检测方法，难以实现对磨耗量的检测；采用的工件定位方式和基准部位选择不能与检测工序流程紧密结合，定位精度不足；检测机构和检测方法单一，没有针对特殊部位进行有效的检测技术开发和创新结构设计开发，没能解决工件狭小形状复杂难题；对检测传感器的选型和安装使用研究不深，检测精度不够；工件输送机构运动精度低，造成重复定位精度低；检测机构的位置调节性差，检测品种单一等。以上诸问题在本项目中全部加以解决。3. 2采用的技术方案紧密结合实际，针对以往承载鞍检测装置试验存在的问题，采用创新技术方法，开发设计专用结构，解决有关技术难题。①对检测设备整体方案设计，坚持自动化检测和以人为本的原则，对工件定位、工位送进、集中采样输出检测结果和检测后自动下料输送、不良品隔离等关键环节按自动程序完成，减少人为干预；对工件上料前的预检和检测分离后的不良品工件，需要由操作者必要的处理，以保证设备进出料的正常管理。②坚持设备先进性和适用性要求，通过对不同方案的对比分析，进行优化和创新设计，坚持模块化设计原则，对鞍面和挡肩部位、导框和顶面分别设计传感器测量组件模块，解决了传感器安装和调整问题，满足工件型号改变时对检测点三维空间位置变化的要求，解决检测空间狭小可能出现的机构干涉问题。③该设备采用自动检测作业线生产方式，设备动作采用程序控制气压传动系统和直线精密导轨机构，达到机构运动准确和稳定要求；采用PLC电气与工控机联合控制系统，设备操作简便，按工作程序完成循环检测流水作业，提高生产效率。④检测数据处理功能完善，对关键部位检测难点开发专用检测技术，编制专用检测处理软件；可以储存所有检测记录，可与上位机的HMIS系统组网，实现信息共享。检测系统传感器采用抗干扰和环境适应能力强的“差动变压器式接触传感器”，变送器采用线性变压器和传输屏蔽线等，确保数据传输稳定性；⑤设备工作适应性好，对工作环境温度、湿度没有特殊要求，电源电压AV220± 10%，消耗功率小于O. 5kw ;使用气源压力大于O. 5MPa，耗气量约O. 05立方米/每分。设备设有光电传感器安全报警装置，防止工件在作业线上因工序意外而产生的干涉现象。设备主机安装在厂房地面上，工控机单独安装，设备周围环境清洁，工件检测前按现有规定要求进行清洗、并去除检测部位油污和毛刺等。本发明采用的检测技术方法和实用机械结构主要内容分述如下(I)采用工件与承载鞍标准样块对比的检测技术方法简称“比较法”检测。承载鞍检测的标准依据是“铁路检修规程”规定的磨耗限度，而磨耗量是指与原产品设计尺寸相比较而确定的，并依此判定工件的合格、待加修或报废三种状态，并加以分离。本办法是采用一个经过精确加工的标准样块，简称标样(图1)，其材料和形状与各型承载鞍相同，检测部位的尺寸与原型承载鞍产品设计图对应尺寸相同，但制作精度提高1-2级。设备在对工件检测前，首先对标样进行标定，设备对标样各检测部位尺寸数据进行采集处理并记忆保存；当后续工件进行检测时，以标样标定的数据为基准进行比较运算，即可得到工件各工作面磨耗量的检测数值。比较法的优越性在于其一，可以直接获得“铁路检修规程”中要求的工作面磨耗量数据，结果真实可靠；其二，由于标样制作精度高，除可检测各工作面磨耗量外，还可以检测到每个工作面位置变化情况(即形位误差)，提供有用信息对工件质量全面控制；其三对标样进行标定的同时，也对设备状态，如对传感器探头的合理位置进行确认，其实质是对设备状态的效核，这一点非常必要。设备采用的各种传感器的量程是参考工作面磨损限度确定的，要求使该量程尽可能小，以保证足够精度和自身尺寸不过大，以便使检测模块小型化，防止机构干涉。每个传感器探头在标定状态时的位置，留出充分工作量程(磨耗量)，以保证工件检测需要，这个工作量程可以在标定时采集，工控机屏幕显示，从而保证设备的良好工作状态。
采用标样比较法必须具备的条件有①设计确定各型承载鞍“标准样块”检测部位的标准尺寸。在确定标样相应部位加工尺寸公差时，包容面尺寸取正公差值，被包容面取负公差值，平均误差值小于磨耗限度值的5%，表面精度比原产设计提高1-2个等级；标样鞍面圆弧与轴承仍采用“过度配合”，但尺寸精度提高一个等级。标样材料采用原承载鞍材料，可以保证长期使用要求。各型承载鞍标准样块的设计图样，纳入“承载鞍检测设备技术条件”，经专家认证通过。②标样制作后必须经国家标准计量部门检测合格，开具证明，做好标记。③采用标样比较法检测，必须在工件定位后，同时采集各工作面的检测数据，客观上要求设置精确的定位机构，采用一个集中检测工位，以保证检测精度要求。采用标样比较法检测承载鞍由本专利申请人提出，在成都东车辆段试用过。(2)采用测量固定弦高度的方法，检测鞍面园弧直径磨耗量，在鞍面圆弧检测机构中，设有固定弦长定位块，中间位置安装高精度传感器的触头与被测工件圆弧面接触，测量固定弦的高度，当固定弦左右棱线与鞍面接触后，利用固定弦高的细微变化，即可检测鞍面圆弧直径数值变化，以变量X表示弦高，变量I表示被检测圆弧直径，2k表示固定弦长即 定位块两条棱线距离(见下图)，根据固定弦高公式x/k = k/(y-X)，则有数学函数式y =x+k2/x ;当χ、y取正值，且当X < k时有意义，该方法同时适用对“D型”车轴鞍面(Φ 230)和“E型”车轴鞍面(Φ250)磨耗量的检测，选取2k值略大于直径一半时(如2k= 130mm),适于对各种型号承载鞍的检测定位要求。在实际应用范围内，变量y的增量值约为变量χ减少值的8-12倍，而χ值由高精度传感器采集，显示精度达到μ m级，y值的数值按数学模型由微机运算处理，并与“标定值”比较，即可完成对鞍面圆柱面磨耗量的检测。判定鞍面直径磨耗是否达到规程规定的限度值，要求满足两个条件，其一是鞍面磨耗是否均匀，磨耗后鞍面仍为圆弧面，其二是传感器检测显示精度是否足够，分述如下第一，鞍面原设计尺寸“D轴”鞍面直径y= ￠230+°1%^及“轴E”鞍面直径y= Φ 250+α 10_0.05与对应的轮对轴承外圆采用“过渡配合”(9级精度)，根据轴承工作原理，在轮对运行中，轴承内环与轮对车轴为“过盈配合面”，必然与车轴一起转动；而外圆与鞍面“过渡配合”，在运用过程中产生极缓慢的相对转动，并产生小量均匀磨耗，可以提高轴承外圆的使用寿命，这是正常的。规程规定检修限度为鞍面直径的磨耗量O. 5_，当接近该磨耗量时，相当于鞍面尺寸精度由9级精度降至约12级尺寸精度，由于轴承外环与鞍面相对磨耗量小，仍能保持圆弧面过渡配合的均匀接触，因此鞍面仍能保持圆弧的几何特性。第二，鞍面位移传感器选用量程为3_，检测精度为O.1 %级，其显示精度为O. 003mm ;当定位块的固定弦长2k=130mm时,若弦高χ减少O. 003mm时,鞍面直径y的增量约为O. 03mm。按检修规程规定的报废限度值为O. 5_，若留有O. 05_综合判定误差是可行的，可见鞍面直径检测精度值
O.03mm可以满足实用要求。采用小量程的高精度位移传感器，可以同时满足对D轴(Φ230)和E轴(Φ 250)各型承载鞍鞍面的检测。本案固定弦长2k = 130-0. 1，可以满足工件精确定位需要；由于采用固定弦长略大于轴承外径的一半，使被测圆弧面含盖了轴承工作滚子的主要支撑面，使该范围圆弧质量得到控制，可使轴承滚子圆柱面的接触应力得到控制，延长了轴承的使用寿命，从而保证了承载鞍的检修质量。(3)工件上料定位、精确输送和中心模块的检测定位I)选择好工件输送和定位方向承载鞍导框位于鞍面圆柱轴线两侧的对称位置，而导框检测部位多，空间狭小，必须设置辅助机构才能实施检测，为避免产生机构干涉，需要将其分散布置在工件输送方向两侧，并使输送方向与承载鞍两侧导框呈垂直状态。由此确定承载鞍的上料摆放方位为左右导框开口向外横向摆放，四角水平、鞍面向下，导框的检测面与滑台水平定位面垂直，输送方向与承载鞍圆柱轴线一致(参见图1俯视图)。2)正确选择定位基准工件第一次定位基准，选取承载鞍圆弧底面的四个角组成的平面为支撑面，该面原为工件制造时的加工基准面，且为非工作面基本没有磨损；再以轴承档边圆弧面(图1 Φ210)及圆环面(图1的153+0. 2两侧)与四角底平面交汇形成的4组直角棱线，作为横、纵向定位基准，依靠工件自重完成上料定位；工件定位基准均为机加工形成，且磨耗较小，可以保证上料定位准确性。将工件进行清理后放在预检台(图2，件号I)上，采用手控气动起重上料吊车(件号2)， 将工件吊到工件输送滑台(图4，件号9)上料位置上方，将工件平稳放在定位块(件号19)上完成上料定位(第一次定位)；工件输送滑台由固定行程气缸与滚珠直线导轨及钢制滑台组成，滑台为精确加工的框形结构，中间制成方孔形，为检测台位的“中心模块”(图2，件号4)顶升定位及滑台前后的工位转换留出空间。工件第一次定位后，由输送滑台准确送到检测台位上方，使工件中心与正下方的顶升检测“中心模块”垂直，完成工件的准确输送，为工件的二次精确定位做好准备；3)工件的第二次定位由中心模块垂直上升时完成的，在中心模块前后安装“楔形定位块”(图4，件号12)，先以工件轴承档肩内侧为定位面，四个楔形定位快随同中心模块上升插入前后档肩内侧，限制工件的前后移动；在中心模块顶部精确水平安装“固定弦定位块”(件号13)，在中心模块上升过程，该定位快的左右棱线与鞍面圆弧接触完成第二次精确定位。精确定位检测定位由精准的设备运动机构实现，除采用精密输送器件外，对设备机身工作台(图2，件号3)及输送滑台、中心模块安装构件等，经过精密加工和安装，保证各三维运动机构与机身轴线位置的垂直度和水平度精度要求，用仪表校准后定位紧固。本定位系统采用以轴承鞍面为基准的二次定位系统，其优点为其一，可适应各型号承载鞍检测的定位要求。中心模块前后设置“活块”(图5，件号21)和专用“开口宽度垫片”(件号22)，模块上设有两个水平导向轴和紧固机构，只需调整开口宽度垫片内外安装位置(如图5左右图示)，可以改变中心模块挡肩定位宽度，(D轴档肩距153mm，E轴档肩距163mm)即可实现对“D型轴”系列和“E型轴”系列多种型号承载鞍的通用定位要求。其二，鞍面为轴承外圆配合面，使用中均匀磨耗，可以保证二次定位的准确性。二次定位使导框检测面处在垂直状态，为“中心模块”顶升的集中检测提供条件。当顶升约1/3行程时完成二次定位，工件脱离滑台依靠自重扣在中心模块上，当模块继续上升时进入集中检测区域，完成全部检测工作。集中检测包含有鞍面及挡肩检测系统、左右导框检测系统和顶面检测装置三部分。(4)鞍面及挡肩检测中心模块的主体构件加工成中空的六面体，上面安装固定弦定位块(件号12)，中心位置向上安装“弦高检测传感器”(件号14)，完成对鞍面圆弧检测，原理如前述。前后两面对称安装有活块(件号21)和档肩杠杆检测模块(件号15)，上部卡钳触点与挡肩内侧环面接触，杠杆下部等长位置与传感器触头接触，等效接收卡钳触头位移的信息，简称“智能卡钳”，担负对轴承档肩内环面磨耗的检测。在中心模块内部共有三个传感器，其电缆线有防护导管随同中心模块一起升降，电缆线的航空插头接与主机箱内的变送器连接。中心模块下部通过刚性连接托板安装在同步升降的两个三轴气缸的顶板上，组成六柱式同步升降机构(图4，件号11)。在模块上升到顶部位置时，工件输送滑台(件号9)按程序返回上料位置，准备下一个工件上料，滑台的前端位置处于中心模块的接料状态，当工件综合检测结束后按程序时间控制，中心模块带工件一同下落，约2/3行程时，工件两侧落放在滑台下料位置上，中心模块继续下降到底，顶部完全脱离工件；待下一工件输送时，将滑台上的已检测的工件，送到“检测后出料位”(见图3)，由后续自动下料机构机械手，按程序抓取工件并送出。杠杆下端与位移传感器触点接触的是一个小“检测圆台”(件号23)，圆台面与传感器位移垂直，检测圆台尾部安装杆制成螺纹，拧入杠杆一端，并用扁螺母锁紧固定，使圆台位置可以进行前后小量调节，解决传感器安装和位置微调的难题。(5)承载鞍导框检测系统I)导框检测机构及检测方式导框为两侧对称布局的“][”开口形状，导框内侧空间小，各型承载鞍尺寸均不相同，且差异较大，为提高检测机构稳定性将导框“检测模块”(图6)定位在工件导框上方对应部位，等待中心模块将工件顶升，进入定位后的导框检测系统中完成检测(见图4)。由于被检测面为立体垂直内侧平面，各型工件尺寸离散度大，导框内侧范围为79 170mm，导框底面范围为181 309mm，导框高度相差约40mm，传感器尺寸大，不可能直接对工作面进行检测，必须设计特殊的检测机构，做成左右对称、同步可调的导框检测机构。该导框检测机构由两部分组成，其一为检测模块部分，其二为导框检测模块位置调整机构，两部分紧密结合，解决三维空间狭小、数据采集点集中和调整幅度大等问题。导框检测机构共设有6个传感器，负责对左右导框内侧面和两导框底面的检测。2)导框检测模块两侧设有对称的导框检测模块和复合检测模块(安装两套检测传感器)。每个传感器检测模块机构由悬臂轴承滚轮(件号25)和等长度臂直角杠杆(件号24)及压力弹簧(件号26)和定位螺钉(件号27)等零件组成，悬臂滚轮安装在直角杠杆下垂的一端，滚轮可以深入导框内侧与检测面接触，直角杠杆的水平位置安装检测圆台(件号23)，圆台上平面与传感器触头接触，等效接受滚轮触头的位移信息。对应两侧的导框检测直角杠杆始终处在对称的水平位置，共组成三对“智能卡钳”机构，分别检测左右导框内侧面磨耗量和左右两导框底面的磨耗量。滚轮检测机构位于工件上方位置，与滑台上放置的工件导框顶部留有约30_垂直间隙，确保工件输送时与机构不干涉。该“智能卡钳”机构的每一边为等臂直角杠杆机构，杠杆通过悬臂轴承滚轮与工件磨耗面接触，采用小型滚动轴承触头结构，可以方便滚入对应检测面，滚动轴承触头在被检测面滚动有助于平稳完成检测过程，杠杆转轴两侧安装压缩弹簧26和限位螺钉27，保证两端检测点密贴，并防止摆动角度过大，确保检测真实性和可靠性。工件检测数据与标样标定数据相比较，得到各工作面的实际磨耗量。上述智能卡钳的等臂杠杆机构，其杠杆工作时的最大摆动角度均小于±4。值，可以保持杠杆臂长基本不改变，并使杠杆两端测量点垂直位移长度基本相等，保证位移传感器采集数据的真实准确。3)导框检测模块位置调整机构该机构是左右对称设置的，采用自动控制气缸与滚珠滑块直线导轨组成的三层三维空间调整机构。第一层左右对称安装有横向多工位气缸推动横向移动滑块(图4，件号18)，在左右两组滑块上安装二层横移台板，担负左右导框底面测量位置的调节；第二层在左右横移台板上各安装前后两个多工位气缸，推动纵向移动滑块(件号19)，滑块上安装纵移架，担负两侧导框内侧面检测位置的调节；第三层是在左右共四个纵移架上，对称安装高度调节滑块(件号20)及高度调节气缸，在顶层滑块上安装导框检测模块(件号16)，对检测不同型号承载鞍导框高低位置进行调整，保持检测模块与不同工件导框的调整定位要求。上述三层立体调整结构，由三种10个气缸推动完成四组检测模块三维空间位置调整，实现通用性功能要求。十个调整气缸分三组由电磁阀自动控制，按不同工件导框尺寸位置，少量调整定位块，即可实现对不同型号导框检测位置的定位。全部气缸设有附磁传感器，可提供检测模块在该检测位置的反馈信号，确保导框检测系统的稳定工作要求。(6)承载鞍顶面磨耗检测承载鞍顶面磨耗量的检测，是在中心模块顶升到最上部位置时进行的。在设备主机的中心模块上方设有固定的顶面检测安装结构架，其上安装三个顶部检测传感器(件号17)，传感器接收工件顶面传来的位移数据与标样标定值对比，即可确定顶面磨耗量和偏磨量。传感器30_有效检测行程，可适应各种工件顶面高度变化要求。(7)工件自动下料机构和分离机构如前述，当工件检测后由送料滑台将其送到下料位置，由工件下料运送机构(图2，件号5)将工件运出，夹钳将工件运送到分离机构台位上(图2，件号6)上方，根据检测信息，分离拨料杆可以预置拨料方向，等待机械手放下工件后进行分离动作，对合格品、返修品和废品进行检测后自动分离。工件自动分离机构与主机分开设置，消除工件分离工作的冲击对主机检测的影响，分离机构由钢结构框架和气动拨杆组成。(8)气压传动机构与控制系统工件输送、中心模块检测、工件自动下料、工件分离等主要工序循环，以及检测不同型号时检测模块空间位置的变换，均采用各种执行气缸推动，其中包括三轴气缸、超薄气缸、多工位气缸及标准气缸18个,分组由9个二位五通电磁阀控制,各气缸两端均设有附磁传感器，控制气缸工作位置；气缸进、出口设有节流阀，可使气缸平稳工作。为解决繁杂的气管路安装，采用电磁阀集成块技术，在设备内部设置管线桥架和托盘，气电管线拖链机构等。在涉及工件定位输送、检测等主要运动机构，均采用精密的滚珠直线导轨系统，保证各机构动作的平直、准确、无摆动，满足检测精度要求。所有传动元器件均采用先进标准配套件。可以保证重复性检测精度，具有准确灵活、通用可调和经济耐用等功能。(9)传感器检测系统根据工件要求测量点多、检测空间狭小及检测功能的需要，本设备采用差动变压器式位移接触传感器及变送器，对11路传感器外形按订货要求进行小型化设计，传感器至变送器及变送器至计算机均采用专用屏蔽线防护，变送器采用线性电源和进口配件，提高检测精度和稳定性。(10) PLC及微机自动化控制系统设备检测按自动程序要求进行，包括“标定程序”、检测循环程序和品种更换位置调整程序。设备具有按作业程序闭环自动控制功能，准确完成工件定位输送、顶升定位检测、机械手自动抓取工件和送出及检测后不良品自动分离等作业，每一工序动作之间设有信息反馈元件，组成自动流水作业线，实现一次按钮操作，自动完成工件全部检测工作要求。在工控机(图2,件号7)和PLC系统联合控制下,组成机电一体化自动控制系统。微机控制各传感器的数据采集、A/D转换并按专用软件计算检测数值与标定值运算处理，显示或打印输出检测结果，发出不良品自动分离指令等，系统具有HMIS网络数据接口，可实现局域网信息共享。4、有益效果-采用承载鞍标样比较法检测技术，直接获得真实检测结果。-固定弦高测量鞍面直径技术，简化圆弧测量机构，测量精度达到技术规程要求；-开发智能卡钳测量技术，结合实际发明独特检测机构，解决检测空间狭小技术难题。-将工件两次定位技术与顶升集中检测有机组成一体，创新工件定位输送新方法，确定工件横向送进方向，采用精密输送滑台定位和送进方式，开发自动机械手出料等相应关键技术，实现流水作业。采用高精度直线导轨与先进气动系统组合，使工件精确定位，准确输送，一次顶起完成全部工作面磨耗量的检测工作。-采用接触位移传感器，设计等臂长度的杠杆机构，进行动态无间隙测量，检测结果能反映工件的实际状态，提高检测质量。-开发检测位置调整系统，根据不同型号承载鞍的检测位置要求，十几路传感器检测机构组成三维布局的检测空间，实现一机多用。本设备具有良好的适应性，可靠性和通用性，机构稳定合理，测量准确，可以大幅度提高承载鞍检测技术水平，是一个全新的先进检测技术装备，可以根本改变目前检测技术面貌，解决铁路长期困扰的技术难题。承载鞍检测质量的提高，可充分发挥承载鞍使用功能，对确保货车运输安全具有重要作用。本机若采用2人操作，每件检测周期约50秒，设备能力每班可检测约50台货车。本发明具有良好的社会效益。5、对本发明的评价-从被检测承载鞍功能分析，抓住关键工作面即轴承配合鞍面，紧紧围绕“铁路货车检修规程”要求，开发专有检测方法和创新机构设计，有效解决实际难题。-采用最新的气动技术和直线导轨等技术，采用程序化自动化设计，组成完整的流水作业线，结构新颖，运行流畅，适应现场需要。-本发明利用成熟的检测技术元件，采用PLC程控和微机联合控制技术，组成先进适用的检测设备，具有机电一体化技术水平，适应铁路检修装备发展需要。-本项发明提供了解决实际技术问题的正确思路和方法，紧密结合现场实际，将现有新技术和方法联合运用，不断优化方案，开发新方法，创造最佳组合，形成先进技术装备。本发明跳出近几年出现的所谓高科技检测思路，避免针对承载鞍三维立体测量面、小空间封闭面采用光学影像检测技术的诸多困扰如被测物为黑色面感光性差，现场照度不均匀，环境干扰大；光学标定技术和专用配件尚未有技术突破等。相对而言，本发明技术手段先进、紧密结合生产实际、适用性好，达到先进技术水平要求。
附图举例说明本发明具体实施特性和优点。所附图包括
图1是一种承载鞍(转K2型)标准样块图形，按设备技术标准制作；图2是设备侧向意图，箭头所指为工序流程方向；其件号说明如下表
权利要求
1.本发明设备采用承载鞍工件与标准样块对比的技术方法检测各工作面的磨耗量，“比较法”检测适用于对各型承载鞍工作面磨耗量的检测，工件检测前首先对承载鞍“标样”进行检测，由工控机采集、处理各传感器检测数据，对标样检测结果进行记忆保存，完成对标样的标定；再将其后的承载鞍工件的检测结果与标定数值进行比较运算，即可得到各工作面磨耗量的检测结果，用比较法检测，结果真实可靠。标样形状与各型承载鞍相同，各检测部位按原型产品对应部位的设计尺寸，采用精确加工制作，各型承载鞍标准样块的设计图样纳入“承载鞍自动检测设备技术条件”，标样应通过国家专业标准计量部门检查认证。
2.采用测量固定弦高度的方法，检测鞍面园弧直径磨耗量在鞍面圆弧检测机构中，设有固定弦定位块，中间位置安装的高精度传感器触头与被测工件圆弧面接触，测量固定弦的高度，当固定弦左右棱线与鞍面接触后，利用固定弦高的细微变化，即可检测鞍面圆弧直径数值变化，以变量X表示弦高，变量y表示被检测圆弧直径，2k表示固定弦长(固定弦定位块两棱线距离)，则有数学函数式I = x+k2/x ;当x、y取正值，且当X < k时有意义，该方法同时适用对“D型”车轴鞍面(￠230)和“E型”车轴鞍面(￠250)磨耗量的检测，选取2k值略大于直径一半时(如2k= 130mm)，适于对各种型号承载鞍的检测定位要求。在实际应用范围内，变量I的增量值约为变量X减少值的8-12倍，而X值由高精度传感器采集，其显示精度达到U m级，y值的数值按数学模型由微机运算处理，并与“标定值”比较，即可完成对鞍面圆弧磨耗量的检测。“固定弦定位块”固定弦长略大于鞍面直径之半，可以满足工件精确定位需要。
3.铁路货车承载鞍自动检测设备，它包括 -经过精确机加工的各型承载鞍的标准样块(简称“标样”)； -工件上料、定位及检测输送机构； -工件送至设备检测位置后，由中心检测模块顶升，完成工件二次定位，并将工件送入鞍面检测装置、导框检测装置和顶面检测装置进行综合检测； -各路检测传感器采样数据输入微机系统处理，检测后工件自动下料并根据检测结果自动进行对不良品与合格工件的分离； -本设备可用于现有各型号承载鞍自动检测，设有导框检测模块位置调整机构，配合局部机构调整，可完成不同型号承载鞍检测位置转换，实现检测通用性要求。
4.如权利要求3所述的工件上料定位装置，采用气缸与滚珠直线导轨组成的工件定位输送滑台，滑台为钢制长方框形结构，中间制成空形，为“中心模块”顶升定位、检测及滑台前后的工位输送留出空间。用手控气动起重滑车，将工件从预检台吊送至输送滑台的定位块上完成上料定位。本发明工件输送方向特点是，与工件自身左右导框横向位置相垂直，工件以横向位置，鞍面圆弧向下，水平的放在滑台上料位置的定位块上，第一次定位基准选取承载鞍底平面与档边圆弧面及圆环面交汇形成的4组立体直角棱线为定位基准；工件第一次定位后，由输送滑台准确送到检测台位上方，使工件中心与正下方的顶升检测“中心模块”垂直，以保证工件的二次定位的准确性；二次定位的特征在于，定位动作是“中心模块”由下向上运动完成的，模块前后安装定位块，以工件档肩为定位面，精确定位承载鞍前后位置；在模块顶面水平安装“固定弦定位块”，该定位块的左右棱线间距是精确加工并左右对称的，当“中心模块”垂直上升时，棱线与鞍面接触完成第二次定位，由于鞍面为轴承支撑面，使用中为均匀磨耗，可以保证二次定位的准确性。二次定位使导框检测面处在垂直状态，为“中心模块”继续上升的集中检测做好准备。
本定位系统采用以轴承鞍面为基准的二次定位系统，其优点为可适应检测各型号承载鞍的通用定位要求。定位系统设置“活块”和专用“开口宽度垫片”等，只需稍许调整即可实现对“D型轴”系列和“E型轴”系列多种型号承载鞍的通用定位要求。
5.如权利要求3所述的工件输送、同步顶起检测、下料及检测模块位置调整等动作，其特征在于其一，均采用程序控制的气动传动系统，由9个电磁换向阀集成组成的气动控制模块，按工作程序要求驱动各执行气缸动作，各气缸两端设有附磁传感器，反馈气缸位置信号，实现闭环自动控制要求。各气缸的进、出口设有单向节流阀，可使工序转换动作平稳准确。其二是气缸传动的运动机构，均采用精密的滚珠滑块直线导轨系统，保证各机构动作的平直、准确、无抖动的要求，保证系统定位、检测的重复精度要求。
6.权利要求3所述的检测处理系统，采用多路差动变压器式位移传感器及变送器，其数据采集、运算及全部检测程序均由微机控制处理，工件上料送进、检测、下料和不良品分离组成自动流水作业线，实现一次按钮操作，自动完成工件全部检测工作要求。
7.根据权利要求3所述的鞍面检测装置，其特征在于，由鞍面圆弧检测机构和轴承档肩检测机构组成，安装在同步升降的两个三轴气缸上，档肩检测机构采用两组对称安装的等臂长杠杆机构组成，两杠杆上部外侧与承载鞍档肩内侧面接触，两杠杆下部分别与传感器接触，等效接收卡钳触头位移的信息，简称“智能卡钳”，担负对轴承档肩内环面磨耗的检测。传感器安装在中心模块内，其传感器屏蔽线由导管引向变送器。
8.根据权利要求3的“导框检测装置”其特性在于，设计专用检测智能卡钳模块，卡钳的每侧采用等臂直角弯形杠杆机构，杠杆一端通过悬臂轴承滚轮与工件磨耗面接触，采用小型滚动轴承触头结构，可以方便滚入对应检测面，另一端由接触传感器等效采集检测面实际尺寸，解决检测空间尺寸狭小易产生机构干涉难题；滚动轴承触头在被检测面滚动有助于平稳完成检测过程；采用精密杠杆机构间接检测，可以避免对接触传感器触头的滑动磨耗，提高检测设备适应性和可靠性。等臂直角弯形杠杆机构，其杠杆工作的最大摆动角度均小于±4°，可以保持杠杆臂长基本不改变，使杠杆两端测量点垂直位移长度相等，保证位移传感器采集数据真实准确。
9.根据权利要求3的“导框检测模块位置调整机构”，是左右对称设置的，采用自动控制气缸与滚珠滑块直线滑轨组成三层三维空间调整机构。由工控机控制三种共10个气缸推动滑块定位机构，完成对不同型号承载鞍导框挡边(纵向)、导框底面(横向)和导框高度位置的调整，完成六个检测传感器组成的各检测模块在三维空间的位置定位，实现检测通用性功能要求。
10.如权利要求7和权利要求8所述的智能卡钳的等臂杠杆机构，与位移传感器触点相接触的部位设有一个可调节的检测圆台，圆台面与杠杆转轴平行，与传感器位移方向垂直，检测圆台尾部安装杆制成螺纹，拧入杠杆一端，并用扁螺母锁紧固定，圆台位置可以小量调节，解决对传感器安装位置微量调整难题。
全文摘要
本承载鞍自动检测设备涉及铁路货车运用技术装备，主要用于车辆段修对转向架承载鞍的自动检测，取代现行人工检测方法。解决样板检测所带来的人力消耗大、效率低、质量差无法记录检测信息等问题，根本改变该领域技术状况，消除安全隐患。本发明采用创新的标样比较法检测技术，检测承载鞍磨耗量；采用固定弦高测量圆弧直径技术，检测鞍面圆弧磨耗量；采用接触传感器检测技术和智能卡钳等效间接测量方法，开发新颖的检测模块，解决承载鞍形状复杂、空间狭小等测量难题；运用先进气压转动、直线导轨开发检测模块三维空间调整定位机构，解决对各型承载鞍检测适用性需要；采用微机和PLC联合控制，开发专用检测软件，解决铁路长期困扰的技术难题。
文档编号G01B7/02GK103017645SQ20121046992
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年9月6日
发明者许广立, 许竞 申请人:许广立, 许竞