鐵路轍叉液壓自動(dòng)磨床系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、鐵路轍叉液壓自動(dòng)磨床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 楊樹軍 , 潘輝 , 王小明 , 熊國(guó)良(華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 , 南昌 330013摘要 :從鐵路轍叉液壓自動(dòng)磨床的功能分析入手 , 設(shè)計(jì)了其機(jī)械系統(tǒng) 、 液壓系統(tǒng) 、 控制系統(tǒng) 。 采用 I PC -P LC 聯(lián)機(jī)控制技術(shù) , 使該機(jī)床具有六自由度閉環(huán)控制 、 轍叉水平找正 、 輪緣槽對(duì)刀 、 自動(dòng)磨削 /手動(dòng)磨削等功能 。 使用結(jié)果表明 , 該機(jī) 床具有自動(dòng)化程度高 、 性能穩(wěn)定 、 工作效率高等優(yōu)點(diǎn) 。關(guān)鍵詞 :轍叉磨床 ; 轍叉維修 中圖分類號(hào) :TG58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1001-3881(2006 12-066-3D esi gn

2、of the Automa ti c Hydrauli c Gr i n der for M ach i n i n g the Ra ilroad Crossi n gY ANG Shujun, P AN Hui, WANG Xiaom ing, X I O NG Guoliang(East China J iaot ong University, Nanchang 330013, China Abstract:Fr om the functi on analysis of aut omatic hydraulic grinder f or machining the railr oad c

3、r ossing, mechanical syste m, hydraulic syste m and contr ol syste m were designed 1U sing I PC -P LC contr the cl osed contr ol, horizontal adjusting, gr oove adjusting, and manual/auto -1result perf or mances sat 2isfied machining the railr oad cr ossing require 1Keywords:Railr cr 0 引言1, 擔(dān)負(fù)著列車變換線

4、路的重任 , 由于列車輪對(duì)轍叉的摩擦與擠壓 , 轍叉在 運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)磨損 、 局部損傷剝落等 , 使轍叉 的平順性受到影響 , 需進(jìn)行焊補(bǔ)維修 。 轍叉焊補(bǔ)后的 手工打磨勞動(dòng)強(qiáng)度大 , 工作環(huán)境艱苦 , 打磨質(zhì)量受工 人技術(shù)水平的影響 , 原有的轍叉全液壓磨床自動(dòng)化程 度低 、 無自動(dòng)找正功能 , 操作困難 , 難以大量推廣使 用 。 開展新型轍叉液壓自動(dòng)磨床研制 , 用計(jì)算機(jī)測(cè)控 技術(shù)提高轍叉磨床的自動(dòng)化程度 , 對(duì)提高轍叉磨削質(zhì) 量及加工效率、 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 、 提高行車安全有重要 意義 。1 轍叉液壓自動(dòng)磨床的功能分析根據(jù)鐵路轍叉修補(bǔ)的規(guī)程 , 焊修后的轍叉需達(dá)到 叉芯與兩端平順

5、, 無需完全恢復(fù)新轍叉的尺寸要求 。 通過綜合分析 , 轍叉液壓自動(dòng)磨床需具備如下主要功 能特征。(1 轍叉姿態(tài)自動(dòng)檢測(cè)功能已存在變形的被修轍叉沒有定位面 , 加工前需檢 測(cè)出其在工作臺(tái)上的姿態(tài) , 包括繞 X 、 Y 、 Z 軸的轉(zhuǎn) 角 。(2 轍叉姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整功能轍叉磨削前 , 機(jī)床需根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果自 動(dòng)調(diào)整轍叉的空間姿態(tài) , 使轍叉上的測(cè)點(diǎn)位于一個(gè)平 面內(nèi) , 這樣才能保證轍叉加工后的平順性 。(3 自動(dòng)加工功能機(jī)床應(yīng)根據(jù)給定的進(jìn)給量和切深能以多種方式完 成轍叉表面和輪緣槽的自動(dòng)磨削 , 主要功能包括 : 工作臺(tái)縱向、 橫向、 水平擺動(dòng)、 橫向移動(dòng)、 臥磨頭縱向移動(dòng)、立柱升降閉環(huán)

6、控制 ; 轍叉水平找正 ; 輪 緣槽自動(dòng)對(duì)刀 ; 手動(dòng)磨削 ; 自動(dòng)磨削。 2 轍叉液壓自動(dòng)磨床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)轍叉液壓自動(dòng)磨床的機(jī)械系統(tǒng)由工作臺(tái) 、 立柱部 件、 臥磨頭、找正部件、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組 成。為了滿足轍叉磨削的要求 , 轍叉磨床工作臺(tái)從上 至下共由五層構(gòu)成。 第一層為轍叉支承層 , 并能在油 缸驅(qū)動(dòng)下繞 Z 軸作旋轉(zhuǎn) ; 第二層能分別繞 X 軸、 Y 軸 旋轉(zhuǎn) , 在 X 軸、 Y 軸方向分別以球鉸支為中心對(duì)稱 設(shè)置兩組油缸驅(qū)動(dòng)其繞 X 軸、 Y 軸旋轉(zhuǎn) ; 第三層實(shí) 現(xiàn)磨削時(shí)沿 Y 向的往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ; 第四層能沿 Y 向 大范圍運(yùn)動(dòng) , 以移動(dòng)磨削的部位 ; 工作臺(tái)的第五層

7、為 機(jī)床的底座。轍叉磨床立柱部件由立柱 、 立柱垂直滑塊、 垂直 升降油缸等組成。 立柱部件的主要作用是支承臥磨頭 部件 , 并完成磨削的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。轍叉磨床的臥磨頭由臥磨頭主軸組件 、 臥磨頭電 機(jī)、 臥磨頭滑塊 、滑座、臥磨頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)油缸等組 成。 臥磨頭橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用燕尾型導(dǎo)軌 , 由油缸驅(qū) 動(dòng)。找正部件設(shè)在臥磨頭滑塊的一側(cè) , 找正部件結(jié)構(gòu) 見圖 1, 由找正油缸、 找正測(cè)量頭、位移傳感器等組 成。 對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)油缸作定行程下降運(yùn)動(dòng) , 找 正測(cè)量頭接觸工件并壓縮一定的位移量 , 位移傳感器 檢測(cè)該測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。 找正時(shí) , 要求合理地選取 3個(gè) 測(cè)點(diǎn) , 并以這 3個(gè)測(cè)點(diǎn)確

8、定的平面為找正參照面 , 機(jī) 床自動(dòng)將此參考面調(diào)整到水平面 , 焊補(bǔ)面磨削后與此 參考面平順。66 機(jī)床與液壓 20061No 112 圖 1 轍叉液壓自動(dòng)磨床找正部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3 轍叉液壓自動(dòng)磨床執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2轍叉液壓自動(dòng)磨床是一種具有特殊功能的平面磨 床 , 其傳動(dòng)系統(tǒng)采用開式液壓傳動(dòng) , 調(diào)速回路采用帶 壓力補(bǔ)償閥的節(jié)流調(diào)速回路 , 該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)共由 7個(gè)基本回路組成 :工作臺(tái)往復(fù)回路 、臥磨頭往復(fù)回 路 、 臥磨頭升降回路、 找正油缸升降回路及 3個(gè)工作 臺(tái)擺轉(zhuǎn)液壓回路。 臥磨頭升降回路要求有足夠高的控 制精度和控制穩(wěn)定性 , 有較好的速度剛度 , 回路中采 用三位四通電液比例換向閥和

9、調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)速 , 其速 度可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng) /程控連續(xù)調(diào)節(jié) , 為了消除臥磨頭部 件自重的影響 , 軸 、 Y 軸 、 Z , , , 并用雙向 , 且負(fù)載 特性要求高 , 液壓回路中采用進(jìn)油口調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速 回路和回油口調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速回路的組合回路進(jìn)行調(diào) 速 。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖見圖 2 。圖 2 液壓系統(tǒng)原理框圖4 轍叉液壓自動(dòng)磨床控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求 , 轍叉液壓自動(dòng)磨床采 用 IPC -PLC 聯(lián)機(jī)控制方式 , 上位工控機(jī) I PC 進(jìn)行機(jī) 床參數(shù)的測(cè)量、 運(yùn)算、 并根據(jù)工作狀態(tài)和控制流程通過 RS232C 向下位機(jī) PLC 發(fā)出控制指令 ; 下位機(jī)執(zhí)行上位機(jī)的控制

10、指令 , 通過硬件接口控制機(jī)床電機(jī)、開 關(guān)換向閥、電液比例閥 , 實(shí)現(xiàn)機(jī)床的動(dòng)作 , 并負(fù)責(zé)機(jī) 床的安全保護(hù) , IPC 、 PLC 協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)了鐵路轍叉 磨床的閉環(huán)數(shù)字化控制 。 控制系統(tǒng)的組成見圖 3 。圖 3 轍叉液壓自動(dòng)磨床控制系統(tǒng)組成X 、臥磨頭升降、 X 、 , 即用線位移傳感 , 再計(jì)算工作臺(tái)相 應(yīng)的轉(zhuǎn)角 , 因此采集量均為位移量。 系統(tǒng)選用高精度 的電感式位移傳感器 , 精度達(dá) 2 , 輸出范圍為 010V, 采集卡采用 ADVANTECH PCL818HG 可編程高 增益多功能數(shù)據(jù)采集卡 , 采用差分輸入方式。 數(shù)據(jù)采 集模塊的通道分配和傳感器量程如表 1。表 1 轍叉液壓

11、自動(dòng)磨床數(shù)據(jù)采集 模塊通道分配及傳感器量程通道采集量 傳感器量程 CH0水平擺動(dòng) 0200mmCH1橫向擺動(dòng) 0200mm CH2縱向擺動(dòng) 0200mm CH3水平往復(fù) 0900mm CH4臥磨頭升降 0500mm CH5臥磨頭往復(fù) 0500mm CH6對(duì)刀升降0100mm I PC 對(duì) PLC 的控制指令共四類 :總體功能指令、 機(jī)床參數(shù)指令、 手動(dòng)磨削指令、 對(duì)刀指令 , 見表 2。表 2 轍叉液壓自動(dòng)磨床控制指令表 分類功能指令長(zhǎng)度 (bit 指令位置動(dòng)作 編碼動(dòng)作 編碼總體功能1冷卻電機(jī) 1D0(0 啟 1停 02油泵電機(jī) 1D0(1 啟 1停 03加載 /卸載1D0(2 加載 1卸載

12、 04臥磨頭電機(jī) 1D0(3 啟 1停 05立磨頭電機(jī) 1D0(4 啟 1停 06工作臺(tái)左移 1D0(5 啟 1停 07工作臺(tái)右移 1D0(6 啟 1停 08機(jī)床潤(rùn)滑1D0(7開1關(guān)76 機(jī)床與液壓 20061No 112續(xù)表機(jī)床參數(shù) 工作臺(tái)往復(fù)速度 1D1(0 0 1臥磨頭往復(fù)速度 1D1(1 0 1臥磨頭升降速度 1D1(2 0 1工作臺(tái)擺動(dòng)速度 1D1(3 0 1磨削方式 4D1(47手動(dòng) 0001自動(dòng) 0010自動(dòng) 0100自動(dòng) 0110自動(dòng) 1000自動(dòng) 1010手動(dòng)磨削 工作臺(tái)水平擺動(dòng) 2D2(01 正向 01反向 10工作臺(tái)橫向擺動(dòng) 2D2(23 正向 01反向 10工作臺(tái)縱向擺

13、動(dòng) 2D3(45 正向 01反向 10工作臺(tái)往復(fù)點(diǎn)動(dòng) 2D3(67 正向 01反向 10臥磨頭往復(fù)點(diǎn)動(dòng) 2D3(01 0110臥磨頭升降 2D3(210臥磨頭往復(fù) 110 15 1停止 0 16 手動(dòng) 0自動(dòng) 1 D3(7 空 空自動(dòng)找正 對(duì)刀油缸 2D4(01 升 01降 105 轍叉液壓自動(dòng)磨床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4轍叉液壓自動(dòng)磨床測(cè)控程序由機(jī)床狀態(tài)測(cè)試 、 轍 叉水 平 找 正、輪 緣 槽 對(duì) 刀 、手 動(dòng) 磨 削、自 動(dòng) 磨 削 (、 以及其它輔助模塊 (如機(jī)床復(fù)位、回 零等 組成。(1 機(jī)床狀態(tài)測(cè)試模塊該模塊通過 A /D轉(zhuǎn)換讀取各位移傳感器的測(cè)量 值 , 并經(jīng)運(yùn)算把測(cè)量值轉(zhuǎn)換為機(jī)床的

14、工作狀態(tài) , 用于 其它模塊的閉環(huán)控制。(2 轍叉水平找正模塊該模塊根據(jù)操作人員選定的磨削部位基部位置 (3點(diǎn) , 自動(dòng)控制工作臺(tái)、臥磨頭、對(duì)刀油缸動(dòng)作 , 分別測(cè)試選定基部位置的高度 , 然后計(jì)算出工作臺(tái)的 縱向擺角、 橫向擺角 , 控制工作臺(tái)縱向擺動(dòng)油缸和橫 向擺動(dòng)油缸擺動(dòng)相應(yīng)的角度 , 使工件磨削參考面調(diào)整 到水平面。(3 輪緣槽對(duì)刀模塊焊補(bǔ)的轍叉輪緣槽不規(guī)則 , 需要磨削后達(dá)到平順 要求 , 磨削前 , 必須將輪緣槽調(diào)整到與砂輪平行。 該 模塊根據(jù)操作人員選定的輪緣槽磨削部位 (2點(diǎn) , 計(jì)算出工作臺(tái)的水平擺角 , 控制工作臺(tái)水平擺動(dòng)油缸 相應(yīng)的角度 , 使輪緣槽與砂輪平行 。(4 手

15、動(dòng)磨削模塊該模塊根據(jù)操作人員觸摸計(jì)算機(jī)屏幕上的虛擬按 鈕實(shí)現(xiàn)機(jī)床的手動(dòng)控制 , 各按鈕根據(jù)功能進(jìn)行合理分 類 , 方便操作人員操作。(5 自動(dòng)磨削模塊自動(dòng)磨削模塊共 5個(gè)功能模塊 , 用于完成不同的 自動(dòng)磨削任務(wù) , 根據(jù)轍叉狀態(tài) , 選擇不同的磨削方 式。自動(dòng)磨削模塊 根據(jù)操作人員指定的磨削位置 , 完成一次水平往復(fù)磨削 。自動(dòng)磨削模塊 完成一次水平往復(fù)磨削后 , 自動(dòng) 進(jìn)刀 , 再水平往復(fù)磨削 , 直到完成整個(gè)平面的磨削。 自動(dòng)磨削模塊 完成整個(gè)平面的磨削后 , 臥磨頭 向下進(jìn)刀 , 再完成一個(gè)平面的磨削。自動(dòng)磨削模塊 根據(jù)操作人員指定的磨削位置和 磨削深度 , 完成整個(gè)焊補(bǔ)位置的磨削 ,

16、 直到與磨削位 置基部達(dá)到平順位置。自動(dòng)磨削模塊 根據(jù)操作人員指定的磨削位置和 磨削深度 , 完成轍叉輪緣槽的磨削?？刂葡到y(tǒng)軟件采用掃描方式工作 , 即程序按基本 相等的程序周期循環(huán)工作 。 在一個(gè)程序周期內(nèi) , 程序 工作流程如下 : 對(duì)所有傳感器進(jìn)行掃描 , 獲取機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)。 根據(jù)操作人員操作設(shè)定機(jī)床工作狀態(tài)字 , 如找 正狀態(tài)字、 自動(dòng)磨削狀態(tài)字等 ; 根據(jù)狀態(tài)字進(jìn)入相應(yīng) 功能模塊計(jì)算并設(shè)置相應(yīng)的控制指令字 。 如果工作狀態(tài)完成 , 則進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 發(fā)送控制指令字到 PLC, 控制機(jī)床運(yùn)行。 程序采用掃描方式工作的優(yōu)點(diǎn)在于程序的循環(huán)周 (下轉(zhuǎn)第 71頁 86 機(jī)床與液壓 20061N

17、o 112色 ; 黃色表示小心、 注意 , 黃色和黑色作為警告作用 的顏色 ; 橙色用于防護(hù)罩的旋轉(zhuǎn)部分 , 防止軋傷 ; 綠色主要用于安全、 正常等 ; 藍(lán)色用于標(biāo)志、 說明 4。(2 工廠內(nèi)的線路布置 、管道標(biāo)識(shí)以及設(shè)備功 能區(qū)的區(qū)分。 把功能相同或者相近的一組設(shè)備涂成特 定的色調(diào) , 以及把某種顏色涂在工藝管道和煤氣管道 上 , 有利于突出工藝特點(diǎn)及有效操作與管理 。(3 城市交通色彩編碼 :現(xiàn)代城市規(guī)模不斷擴(kuò) 大 , 交通狀況日趨復(fù)雜。 色彩在交通信息的設(shè)計(jì)上可 以使交通信息瞬間有效傳達(dá) , 從而對(duì)行人 、 乘客和駕 駛者能夠有效的管理。 例如東京地鐵色彩導(dǎo)向設(shè)計(jì)系 統(tǒng)采用了一條線路一

18、種顏色的方案 , 從而跨越了語言 的障礙 , 即使行人看不懂說明也可以從色彩檔分辨出 路線 。 當(dāng)然對(duì)于信息過于復(fù)雜的情況 , 不適宜用色彩 來標(biāo)識(shí)不同的信息 , 因?yàn)樯实臄?shù)目超過一定量也會(huì) 起到反面的作用。(4 行業(yè)色 :, , 所 。 例如綠色作象 征郵政業(yè) , 白色象征衛(wèi)生事業(yè) , 藍(lán)白組合色彩象征冷 凍食品業(yè) , 以紅色象征消防事業(yè)等 。 4 結(jié)束語當(dāng)然 , 色彩工效學(xué)并不是一把萬能鑰匙 , 但它作 為工效學(xué)研究范疇之一和改善我們工作環(huán)境的一種手段 , 直接關(guān)系到工作場(chǎng)所工效水平 , 所以色彩工效學(xué) 在我們生產(chǎn)生活中的作用應(yīng)該日益得到重視 。 本文從 色彩工效學(xué)基本的概念到其在工作場(chǎng)

19、所中的應(yīng)用做了 探討 , 進(jìn)一步研究包括 :(1 對(duì)色彩工效學(xué)中的相關(guān)理論描述作量化研 究 , 從而使理論對(duì)實(shí)際生產(chǎn)更具有指導(dǎo)意義 ;(2 借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) , 對(duì)色彩設(shè)計(jì)進(jìn)行虛 擬展示并做好色彩工效的評(píng)價(jià)工作 , 從而在工程的方 案規(guī)劃階段提供有效的輔助參考 。參考文獻(xiàn)【 1】 劉志堅(jiān) 1工效學(xué)及其在管理中的應(yīng)用 M1科學(xué)出版社 , 2002.【 2】 李亮之 1J 1人類, (. 】 , 1東北大學(xué)出版社 ,.4, 莊達(dá)民 1人機(jī)工程 M1北京航空航天大學(xué)出版社 , 2002.【 5】 曹琦 1人機(jī)工程 M1四川科學(xué)技術(shù)出版社 , 2003.作者簡(jiǎn)介 :姚小清 (1981 , 女 , 碩士研究生 , 主 要研究方向?yàn)橛?jì)算