一种用于组合式机架矫直机换辊的单电机驱动自动运载车的制作方法

1.本发明涉及一种组合式机架矫直机横移轨道换辊工艺条件下，自动换辊系统设备中自动运载车。


背景技术：

2.采用组合式机架矫直机型(combined rack type)的矫直作业线，为匹配轧线产能、减少换辊作业时间、提高换辊效率，采用自动换辊车整体成组换辊工艺方式。
3.组合式矫直机机架主要由操作侧机架、传动侧机架和搭载立辊的前、后机架组合而成，机架形成闭合状态；除操作侧机架可以沿与矫直辊轴心线方向相同的纵移轨道移动外，组合式机架其余部爷以相应的联接方式相对固定，换辊时需要机架打开才能够拆卸或装入矫直辊。矫直作业时，矫直辊置于操作侧机架和传动侧机架的中部；换辊作业时，解锁矫直辊系统和操作侧机架紧固条件后，在液压缸驱动下，操作侧机架携带矫直辊在沿矫直辊轴向的纵向轨道上移动；到达换辊位置后，形成矫直辊径向可移出的条件。
4.在矫直作业区域，距矫直机一定距离，操作侧机架换辊位，沿矫直中心线平行布置一条横移轨道，用于自动换辊车的行驶。用于操作侧机架移动的纵向轨道与用于自动换辊车的横移轨道在此平面交汇。由于组合式机架矫直机设备工作特性、换辊作业方式和作业过程要求所决定，采用纵向轨道连续，横移轨道与纵向轨道平交处断开的设置，因此，横移轨道与纵向轨道交接处产生间隙；由此产生了用于自动换辊的运载车在横移轨道行驶，越过间隙区域的过跨方式问题。
5.此外，由于组合式机架矫直机横移轨道自动换辊车成组整体更换矫直辊的换辊工艺是一个三维座标体系下，矫直辊自动拆卸和组装的自动化过程。换辊工艺过程中，操作侧机架搭载旧矫直辊向自动换辊车转移携带、自动换辊车搭载新矫直辊向操作侧机架转移携带的交换过程中，无论操作侧机架还是自动换辊车，携带矫直辊的功能结构均为采用悬臂式辊轴携带矫直辊，交换方式以短小半轴形式的悬臂式辊轴插入矫直辊的中心孔内；换辊工艺过程中各阶段，操作侧机架与自动换辊车均有即时位置的设定要求。因此，自动运载车存在定位机构和方式问题。
6.换辊工艺过程自动换辊车过跨方式存在两大类解决方案，一种类型是在横移轨道上设置替换轨道的过跨方式；即，在横移轨道与纵移轨道平交间隙处，操作侧机架在纵向轨道上到达换辊位，形成矫直辊可径向移出条件后，采用一段替换轨道补缺横移轨道的间隙部位。另一种是无需替换轨道，通过自动换辊车的车体结构和传动方式的途径，以适应存在轨道平交横移轨道存在间隙区域a条件下的过跨方式。
7.现有组合式机架矫直机换辊技术采用自动换辊运载车轨道运行驱动多采用车体前后两端设置双电机减速器(前驱动91，后驱动92)的驱动方式。双电机减速器传动条件下，当自动换辊车在横移轨道上行驶任意时刻，车体前后两端由电机减速器直接驱动的轮对踏面总有一组与横移轨道轨面实际接触；当一端驱动轴轮对过跨瞬间，进入横移轨道与纵移轨道交汇部位的间隙区域a时，驱动轴轮对失去与横移轨道的实际接触，轮对瞬间空转无法
对车体提供驱动力；而另一端驱动轴轮对仍与横移轨道保持实际接触；因此，避免了自动换辊车在横移轨道上动力中断带来的失速、冲击、卡顿现象(见图1)。
8.但是两端设置电机减速器自动换辊车，由于轮对多、车身长、电控设备相对复杂、投资费用较高等因素的影响，在中小型钢矫直生产线中难以推广应用。中小型钢矫直生产线中，由于组合式机架矫直机长度尺寸较小，无法匹配多驱动的长车身车体；此外，由于生产线场地条件或周边设备布置条件等因素的影响，不适合于这种方式的解决方案。


技术实现要素：

9.为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种组合式机架矫直机横移轨道平交条件下，采用单电机驱动自动运载车。
10.为达到上述目的，本发明用于组合式机架矫直机换辊的单电机驱动自动运载车，所述的自动换辊运载车包括：
11.车体，在所述的车体下方平行设置有第一主动轮对、第二主动轮对以及从动轮对；
12.其中，所述的第一主动轮对和第二主动轮对通过链条传动连接；
13.在所述的车体上设置仅设置有一个驱动电机，所述驱动电机通过减速器与第一主动轮对或第二主动轮对传动连接。
14.进一步的，在车体后端安装有车载液压站。
15.进一步的，在车体前端面右侧安装车体定位架，车体后端面左侧安装车体定位架。
16.进一步的，在车体后端面安装电缆卷筒。
17.进一步的，在所述的驱动电机和减速器安装在第一主动轮对的驱动轴中间；减速器两根输出轴分别联接两只联轴器，联轴器两侧再依次联接驱动轮和链轮。
18.进一步的，所述的驱动电机为变频电机；还包括控制装置，用于接收激光测距装置发出的距离信号以输出驱动信号控制变频电机运转，以控制自动运载车运行位置和速度。
19.进一步的，所述的自动运载车换辊时包括以下步骤：
20.换辊作业时，激光位置检测装置测控下，自动运载车在横移轨道上向组合式矫直机机架换辊空间的换辊位行驶；
21.到达横移轨道上换辊位预设位置时，自动运载车减速运行；
22.到达预设换辊位，电气控制作用下，电机减速器(306)的电机停止运行并制动，稍后解除制动，横移轨道(620)上设置的二次定位液压插销缸(624)中活塞销升起，插入车体定位架(304)、车体定位架(314)的定位孔内。
23.本发明提供一种组合式机架矫直机横移轨道平交条件下，自动运载车采用单电机驱动、带二次定位功能的自动运载车设备技术和过跨方式。这种单电机配置自动运载车在横移轨道间隙区域过跨行驶的条件下，任意时刻仍有驱动轮踏面与横移轨道轨面保持实际接触，保持动力传递的连续性和行驶的稳定性，避免了自动运载车在横移轨道间隙位置动力中断带来冲击现象；与双电机驱动的自动运载车在功能和性能相同条件下进行比较，具有车体短、机械结构和电气系统简单，设备重量轻、投资省、维护简便等优点，适合中小型钢矫直生产线上与组合式机架矫直机配套应用。本发明自动运载车的二次定位功能设置使得自动运载车在换辊工艺过程中，定位对中易于实现，工艺过程更加可靠。
24.本发明既适用于由自动运载车和换辊集成架构成的快速更换组合式自动换辊车，
也适用于换辊集成架在车体上采用紧固件联接或焊接为一体化的自动换辊车。
附图说明
25.图1为现有技术中双电机驱动自动换辊车在横移轨道上的过跨示意图；
26.图2为机架组合式矫直机组正视图；
27.图3为图2的换辊状态侧视图；
28.图4为图2的俯视示意图；
29.图5为图3的俯视示意图；
30.图6为轨道系统主视图；
31.图7为图6的俯视示意图；
32.图8为轨道系统侧视图；
33.图9为轨道系统立体示意图；
34.图10为二次定位液压缸的定位示意图；
35.图11为图10的局部立体示意图；
36.图12为自动运载车的正视图；
37.图13为图12的顶板下剖视图；
38.图14为图12的侧视图；
39.图15为驱动轴的剖视图；
40.图16为车体后端的定位架示意图；
41.图17为电机减速器安装结构示意图；
42.图18为自动运载车二次定位时的示意图；
43.图19为图18的局部放大示意图；
44.图20为自动运载车未驶入横移轨道间隙区域；
45.图21为自动运载车驱动轮对驶入横移轨道间隙区域
46.图22为自动运载车主动轮对驶入横移轨道间隙区域
47.图23为自动运载车进入骄直机换辊位；
48.图24为自动运载车被二次定位。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
50.自动换辊车结构体系主要由具有轨道运行、定位功能的下部设备体系和上部设备体系组成。下部体系主体设备一般为自动运载车；上部设备体系一般为用于整体更换矫直辊的换辊架体，即，换辊集成架以及围绕其在运载车上定位、紧固需求而设置的设备或组件。传统的应用方式中，上部体系设备换辊集成架与下部体系设备自动运载车采用紧固件联接或焊接为一体化的自动换辊车；在平行于矫直中心线一定距离，组合式机架矫直机两端的横移轨道上各布置一台自动换辊车，实施换辊作业。另一类自动换辊车应用方式中，自动运载车、换辊集成架常设形态为两个独立单元；换辊作业时，采用运载车、换辊集成架快速组合运用方式，将换辊集成架安装在自动运载车上，完成换辊工艺过程。
51.两种方式条件下，搭载换辊集成架均表现同样的功能效果。因此，本发明特指具有
轨道运行、定位的自动运载车；从描述轨道运行、定位功能效果意义上，自动运载车与自动换辊车相同。
52.本发明提供一种组合式机架矫直机横移轨道与纵移轨道平交有间隙区域条件下，采用单电机驱动自动运载车的设备技术和过跨方式。
53.本发明自动运载车，上部用于搭载换辊集成架、能介系统等，具有运载、自动行驶、横移轨道上二次精确定位等功能。
54.如图2至图24所示，本发明中轨道系统(600)由纵移轨道(610)和横移轨道(620)组成。图中组合式机架矫直机100、自动运载车300、换辊集成架400；其中，纵移轨道(610)用于组合式机架矫直机的操作机架沿矫直辊轴向方向纵向移动的支承和导向。横移轨道(620)用于承载自动运载车的行驶、导向和定位。
55.1)横移轨道系统
56.横移轨道系统用于承载自动运载车的行驶、导向和定位。横移轨道主要由横移轨道左段(621)、横移轨道中段(622)、横移轨道右段(623)、二次定位液压插销缸(624)中间过渡套(625)等组成。轨道左段(621)与横移轨道中段(622)之间的断开处y间隙长度a2，横移轨道中段(622)长度b2，横移轨道中段(622)与横移轨道右段(623)之间断开处y间隙长度c2。三段轨道轨面处于同一水平线上。
57.横移轨道左段(621)、横移轨道右段(623)固定布置组合式机架外廓范围外，横移轨道中段(622)固定布置在换辊状态的组合式机架外廓范围内；三段轨道同一轨面标高和中心线。由于横移轨道条件下，自动运载车成组整体更换矫直辊的方式是一个三维座标下，矫直辊机械化、自动化的拆卸和组装工艺过程，自动运载车位置精度要求与横移轨道的标高和中心线等尺寸和位置精度要求相关度较高。因此，设置两只二次定位液压插销缸(624)用于对自动运载车进行二次精确定位。二次定位液压插销缸(624)分别安装在前机架底座梁(631)上邻近横移轨道左段(621)的部位和后机架底座梁(632)上邻近横移轨道右段(623)的部位。二次定位液压插销缸(624)的活塞杆头部呈锥状，与车体定位架(304)配合用于插入使自动运载车产生微量位移。二次定位液压插销缸(624)通过中间过渡套(625)立式安装。中间过渡套(625)最终焊装在用户现场进行；当自动运载车上搭载的换辊集成架悬臂式辊轴与操作侧机架上悬臂式辊轴同时插入矫直辊中心孔洞结构，进行矫直辊转移步骤时，调试确认后，焊装中间过渡套(625)。
58.2)单电机驱动自动换辊运载车的组成及功能
59.自动换辊运载车(300)主要由：车体及走行系统(301)、定位系统(340)、锁紧系统(350)、液压系统(360)、电气系统(370)组成。
60.车体及走行系统(301)主要由：车体(302)、驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)、从动轴组件(313)、车体定位架(304)、车体定位架(314)等组成。
61.车体(302)采用焊接结构，作为安装驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)、从动轴组件(313)、车体定位架(304)、液压系统(360)、电气系统(370)的结构主体。车体(302)上部用于搭载矫直辊集成架、集成架定位锁紧系统等换辊功能装置。车体内部布置液压管线和电气管线(303)。车体后端下沉式舱体结构安装液压系统(360)中的车载液压站。驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)和两套从动轴组件(313)车体(302)下部平行布置。车体(302)前端面右侧安装车体定位架(304)，车体(302)后端面左侧安装车体定位架(314)；车体(302)
后端面右侧同时安装电气系统(370)中的电缆卷筒。
62.驱动轴组件(305)布置车体前端。驱动轴组件(305)主要由电机减速器(306)、联轴器(307)、驱动轮(308)、链轮(309)、链条(312)、过渡底座(313)等组成；电机减速器(306)居中布置；电机减速器(306)两根输出轴分别联接两只联轴器(307)，两侧再依次联接驱动轮(308)、链轮(309)等。电机减速器(306)采用变频电机，内部不设机械制动机构，采用能耗制动方式。
63.主动轴组件(310)在车体前端的稍后位置与驱动轴组件平行布置。主动轴组件(310)主要由联接轴(311)、联轴器(307)、驱动轮(308)、链轮(309)等组成；联接轴(311)居中布置，分别联接两只联轴器(307)，两侧再依次联接驱动轮(308)、链轮(309)等。
64.驱动轴组件(305)和主动轴组件(310)的轴距尺寸a1大于横移轨道的间隙长度a2、a3。
65.驱动轴组件(305)和主动轴组件(310)两侧的链轮(309)用链条(312)联接，链条(312)采用双排套简滚子链。
66.由于自动运载车需要在横移轨道上往返运行，同时，为了避免由于驱动轴组件(305)或主动轴组件(310)的轨对跨越横移轨道间隙的瞬时与横移轨道轨面脱离接触而产生速度变化，两侧链轮(309)的联接链条(312)不采用张紧轮的张紧方式；链条(312)的张紧度依靠精确设计的中心距。
67.驱动轴组件(305)与主动轴组件(310)之间链条(312)联接不仅解决单电机驱动问题，而且机械硬联接方式与电气传动的特性相结合具有动力分配自适应特点。驱动轴组件(305)和主动轴组件(310)两侧的链轮(309)用链条(312)联接，实现了动力输出从电机减速器(306)向主动轴组件(310)的转移。当运载车全部轮对均与横移轨道轨面接触时，动力可以在驱动轴组件(305)和主动轴组件(310)之间按前后轮对阻力大小自适应分配；当其中一轴上轮对位于横移轨道间隙区域时，动力可以自适应的方式动力转移至横移轨道轨面接触的轮对。
68.两套从动轴组件(313)平行布置在车体后端。每套从动轴组件(313)由两只从动轮(316)构成一组轮对。两套从动轴组件(313)的轴距尺寸c1等于驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)的轴距尺寸a1。动轴组件(313)、主动轴组件(310)的轴距尺寸b1小于横移轨道中段(622)的长度尺寸b2。
69.由于电机减速器(306)在车体(302)前端有限空间内立式安装，为改善电机减速器(306)安装、维护条件，设置过渡底座(313)。车体(302)上与过渡底座(313)配合面下部带有止口结构，过渡底座(313)与电机减速器(306)联接后再立式装配在车体(302)上。
70.车体定位架(304)、车体定位架(314)用于自动运载车在横移轨道上的定位。为便于自动运载车在横移轨道上定位的安装和调节，车体定位架布置在车体头尾端部。车体定位架(304)、车体定位架(314)为焊接结构件；结构上有一加工端立面，用与自动换辊车车体(302)的头尾部位立面进行联接。车体定位架(304)、车体定位架(314)与车体(302)联接立面之间设置调整垫片，作位置微调。定位架(304)、车体定位架(314)水平构件上设有孔洞用于与横移轨道(620)上设置的二次定位液压插销缸(624)配合进行自动换辊车的二次精确定位。为避免机械过约束条件，车体定位架(304)水平构件孔洞上上端呈圆柱形，下端为锥状的孔洞；车体定位架(314)水平构件孔洞上端为腰状柱形，下端为与腰状柱形结构相适应
的锥状孔洞。
71.3)自动运载车二次精确定位原理
72.横移轨道条件下，采用自动换辊车矫直辊成组整体更换方式是一个三维座标体系下机械各部分位移变化精确控制的工艺过程；矫直辊的拆卸和组装更换过程完全机械化、自动化过程。换辊过程中，自动运载车上部搭载的换辊集成架中，悬挂矫直辊的辊轴轴心线与操作侧机架轴承座悬挂矫直辊的辊轴轴心线之间有严格的位置尺寸精度和同轴度形位公差要求；仅依靠驱动电机的电气制动性能无法满足自动运载车在横移轨道上定位精度要求。
73.自动运载车(300)在横移轨道上精确定位通过驱动电机的制动和二次定位机构共同作用实现。二次定位机构功效依靠横移轨道上液压插销缸中的活塞销与自动运载车(300)车体前后端上定位块的相互作用实现。在自动运载车(300)车体前后端配置定位块条件下，自动运载车(300)驱动电机采用能耗制动方式。
74.车体(302)上设置车体定位架(304)、车体定位架(314)，用于对自动运载车进行二次精确定位。车体定位架(304)用以车体(302)在横移轨道行进方向上的精确定位；车体定位架(304)与车体定位架(314)配合，用以控制车体(302)与横移轨道中心线平行度，即控制车体(302)与矫直机中心线的平行度。
75.自动运载车在组合式机架矫直机换辊区域，横移轨道上换辊位置实现二次精确定位概念和工艺过程是：
76.在自动运载车等待位x一定距离的固定上设置激光位置检测装置900，用以监测在横移轨道上运行的位置，并将信号反馈给电控装置，用于自动运载车运行位置和速度控制。
77.换辊作业时，激光位置检测装置测控下，自动运载车在横移轨道上向组合式矫直机机架换辊空间的换辊位行驶；到达横移轨道上换辊位预设位置时，自动运载车减速运行；到达预设换辊位，电气控制作用下，电机减速器(306)的电机停止运行并制动，稍后解除制动，横移轨道(620)上设置的二次定位液压插销缸(624)中活塞销升起，插入车体定位架(304)、车体定位架(314)内。当自动运载车在电气控制作用下停车时，由于停位精度的偏差，液压插销(624)插销功能的伸出过程中，锥头部位与车体定位架(304)、车体定位架(314)下部锥台形孔洞的壁面先行接触，在斜面分力的作用下，自动运载车在横移轨道(620)作自适应性的行进方向的水平协调移动和平行姿态调整。由于车体(302)上的车体定位架(304)、车体定位架(314)与液压插销缸(624)位置关系在调试时巳按自动运载车上换辊集成架悬臂式辊轴与操作侧机架上悬臂式辊轴同时插入矫直辊的状态进行了设定，因此，上述车体定位架与二次定位液压插销缸的相互作用过程使得自动运载车在横移轨道上换辊位置实现二次精确定位。
78.4)单电机驱动自动运载车过跨方式及原理
79.自动运载车跨越间隙区域运行，设备的驱动方式、支承车体的轮对数量与布置要求必须满足动力协调、驱动轮对位置协调、水平位置协调三个原则。
80.由于自动运载车行驶的横移轨道与用于操作侧机架纵向移动的纵移轨道平面交汇，设计时平交处采用纵移轨道连续，横移轨道在汇集处断开的方式。由于横移轨道与纵移轨道交汇处断路，形成一段长度的间隙，自动运载车行进中需要跨越间隙。动力协调是指，跨越间隙过程中某一时刻，总有带有驱动力的轮对位于间隙区域，车轮踏面脱离与轨面的
接触而导致驱动力失效，因此，仅需同一时刻，自动运载车其余与轨面有接触车轮中仍有带驱动能力的车轮，以保持自动运载车驱动力不中断，满足动力传动的连续性要求。
81.驱动轮对的位置协调是指，由于横移轨道在与纵移轨道交汇处中断，形成一段长度的间隙，自动运载车行进中需要跨越，某一时刻，除位于间隙区域内的驱动轮对外，车体上其余位置应有驱动轮对，且该驱动轮对与间隙区域的驱动轮对的轴距大于间隙距离。
82.水平位置协调是指，某一时刻，车体上除位于间隙区域的驱动轮对外，另外至少有两组轮对，轴距大于间隙长度，自动运载车无论空载还是重载，其合成重心落于间隙区域外的两组轮对中，以保持自动运载车处于水平位置姿态。
83.据此原则，本发明在车体(302)上布置驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)、两套从动轴组件(313)，共4组轮对；承担动力传递任务的驱动轴组件(305)与主动轴组件(310)采用链轮(309)进行联接。无论自动运载车从横移轨道左段(621)还是从横移轨道右段(623)向横移轨道中段(622)方向行进，行进跨越间隙区域时，驱动轴组件(305)和主动轴组件(310)中任意一轴进入横移轨道上间隙区域a2或c2，轮对总有某一时段与轨面脱离接触，此时，由于链轮与链条的动力传动链，驱动装置仍将扭矩传递另外一轴，仍有带动力的驱动轮踏面与轨面建立联系，动力传递有效；缓解在行驶在横移轨道的中断位置产生瞬时失速现象和由此产生的冲击现象。
84.由于驱动轴组件(305)与主动轴组件(310)之间的轴距a1大于横移轨道间隙长度a2；总有一根带有驱动力的轮对落于间隙区域之处；不可能动力轴全部落于间隙区域，保证动力转移的有效性。
85.主动轴组件(310)与邻近从动轴组件(313)之间的轴距b1小于横移轨道中段(622)的长度b2；中部两组车轮落于独立安装的横移轨道中段(622)上，更易于提横移轨道中段(622)安装质量，保证较高轨面尺寸精度和水平度等轨道位置精度，从而有效保证了自动运载车的尺寸精度和位置精度要求。
86.综上可知，本发明具有以下特点：
87.1)自动运载车仅在一端主动轴组件(310)中设置电机减速器；不单独设机械制动笼，电机也不自带制动器，采用电气能耗制动方式制动停位。
88.2)车体(302)上布置驱动轴组件(305)、主动轴组件(310)、两套从动轴组件(313)，共4组轮对；驱动轴组件(305)与主动轴组件(310)之间的轴距a1大于横移轨道间隙长度a2
89.3)承担动力传递任务的驱动轴组件(305)与主动轴组件(310)采用链轮(309)进行联接。
90.4)车体(302)前后端设置车体定位架(304)、车体定位架(314)；车体定位架(304)水平构件孔洞上上端呈圆柱形，下端为锥状的孔洞；车体定位架(314)水平构件孔洞上端为腰状柱形，下端为与腰状柱形结构相适应的锥状孔洞。横移轨道(620)上设置的二次定位液压插销缸(624)。当自动运载车在电气控制作用下停车时，由于停位精度的偏差，液压插销(624)插销功能的伸出过程中，锥头部位与车体定位架(304)、车体定位架(314)下部锥台形孔洞的壁面先行接触，在斜面分力的作用下，自动运载车在横移轨道(620)作自适应性的行进方向的水平协调移动和平行姿态调整，自动运载车实现精确定位。