CN114199105B - 一种机车构架自动调正检测平台及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了机车构架检测技术领域的一种机车构架自动调正检测平台及方法，机车构架自动调正检测平台包括基座；安装在所述基座上用于检测机车构架上的拉杆座的若干个定位支座，每个所述定位支座上设有一个检测定位单元；安装在所述基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在所述基座上用于调整机车构架在检测平台上的相对位置的若干个调正装置，每个所述调正装置上均安装有测距装置。本发明能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正，降低了工人的劳动强度，提高了调正的工作效率，同时调正精度更高，从而降低了测量成本，综合测量精度好、效率高，可以满足大批量机车在役再制造的产业化需求。

Description

一种机车构架自动调正检测平台及方法
技术领域
本发明属于机车构架检测技术领域，具体涉及一种机车构架自动调正检测平台及方法。
背景技术
铁路是世界范围内的一种重要的交通工具，机车每运行80万公里或4年必须进行检修。现有的以单件、小批量进行机车检修的手工生产方式，因其效率低、产品质量不一致，不能够满足铁路运营高速发展的需求。现有机车构架均为三轴、“目”字型结构，其整体外形尺寸相近，机车构架是连接机车车厢和机车轮对的重要部件，它牵引车辆沿着钢轨轨道运行，并将机车车辆的全部重量传给钢轨，因在机车运行过程中不断受到作用于机车的各种力量的冲击和振动，构架容易发生变形，导致其上的各拉杆座、电机吊座等部件相对位置的改变，当拉杆座切口发生偏移或扭转时，会影响轴箱的安装、改变轮缘与铁轨的间隙、加快拉杆芯轴的磨损，严重影响机车运行的运行性能和安全。现有的调正及检测方法均由人工完成，调正效率较低，工人劳动强度大，检测过程复杂，检测时间长、费用高，测量结果往往与实际装配结果不符，造成返工影响工期，增加成本。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种机车构架自动调正检测平台及方法，能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正，降低了工人的劳动强度，提高了调正的工作效率，同时调正精度更高，从而降低了测量成本、提高了效率，综合测量精度好，能够满足大批量机车在役再制造的产业化需求。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
第一方面，提供一种机车构架自动调正检测平台，包括：基座；安装在所述基座上用于检测机车构架上的拉杆座的若干个定位支座，每个所述定位支座上设有一个检测定位单元；安装在所述基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在所述基座上用于调整机车构架在检测平台上的相对位置的若干个调正装置，每个所述调正装置上均安装有测距装置。
进一步地，所述定位支座有三组，每组有两个，每组的两个定位支座分别位于基座的两侧，并与机车构架上的拉杆座的位置和尺寸相匹配。
进一步地，每个所述检测定位单元包括至少一个检测位，每个所述检测位包括一个X向基准块、一个Y向基准块和一个Z向基准块。
进一步地，位于基座同一侧的各定位支座对应的各检测位中，Y向基准块的基准面共面；且位于基座两侧的各Y向基准块的基准面等距；同一组定位支座对应的各检测位中，X向基准块的基准面共面并与Y向基准块的基准面垂直；Z向基准块的基准面位于同一水平面上。
进一步地，位于基座两端的两组定位支座上的检测定位单元均设置有两个检测位。
进一步地，所述万向支承座包括安装在基座上的支承座，所述支承座上设有若干球窝，每个球窝内设置一个万向球，在每个万向球和球窝之间设有若干滚珠；固定板安装在支承座上，所述固定板上设有与支承座上球窝相对应的通孔，万向球的一部分穿过固定板上的通孔并可以自由滚动。
进一步地，所述调正装置有三组，每组有两个，其中两组位于基座的两端，用于调整机车构架在Y方向相对检测平台的位置；另一组位于基座的中间，用于调整机车构架在X方向相对检测平台的位置。
进一步地，所述调正装置包括安装在基座上的底座；固定板、下连接板、中立板、上连接板、电机固定板组装成“日”型框架，并与底座固定连接，电机安装于电机固定板上；丝杆通过轴承座组件安装在中立板上，其一端通过联轴器与电机的输出轴连接，其另一端装有丝杆螺母；推杆的一端与丝杆螺母固定连接，另一端穿过固结于固定板上的轴套，与轴套滑动连接，推杆的上下两面通过销轴安装有轴承，轴承分别嵌入上连接板和下连接板内侧沿丝杆轴向开设的矩形槽内。
进一步地，所述测距装置为激光测距传感器。
第二方面，提供一种机车构架自动调正检测方法，包括采用检测芯轴、方型平尺及第一方面所述的机车构架自动调正检测平台；所述检测芯轴包括一个圆柱体、连接在该圆柱体的两端与机车构架上的拉杆座的切口相匹配的双梯形凸块，所述检测芯轴沿圆柱体的轴线切除四分之一，切除后形成的竖直面作为测量基准面；所述方法包括：吊放待检测的机车构架至万向支承座上；根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；将检测芯轴放入各拉杆座切口内，通过测量检测芯轴与拉杆座切口的间隙、检测芯轴的测量基准面与定位支座上的检测定位单元的相对位置，获取各拉杆座切口的实际参数。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
(1)本发明通过设置基座、定位支座、万向支承座、调正装置、测距装置能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正，提高了调正的精度和自动化程度，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率；
(2)本发明通过借助检测芯轴等完成对拉杆座的变形量进行测量，为后续机车构架的修整提供了精确的数据；其测量成本低、综合测量精度好、效率高，二十分钟就能够完成之前需要两小时的检测工作量，能够满足机车在役再制造的产业化需求。
附图说明
图1是本发明实施例中所述的机车构架的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种机车构架自动调正检测平台的整体结构示意图；
图3是本发明实施例中放置了机车构架后的自动调正检测平台的整体结构示意图；
图4是图3中I处的放大图；
图5是本发明实施例中的万向支承座的整体结构示意图；
图6是图5中A-A局部剖面示意图；
图7是本发明实施例中调正装置的局部剖面结构示意图；
图8是图7的纵向剖面示意图；
图9是图3中II处放大图(拉杆座切口处)；
图10是本发明实施例中检测芯轴的轴测图；
图11是本发明实施例中检测芯轴的侧视图；
图12是使用本发明实施例提供的一种机车构架自动调正检测平台对机车构架进行调正的示意图；
图13是图3中III处放大图；
图14是图12中IV处放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，机车构架1主要由两根对称的侧梁101、两根端梁102、两根横梁103、三组上拉杆座104和下拉杆座105等组成。
一种机车构架自动调正检测平台，包括基座；安装在基座上用于检测机车构架上的拉杆座的若干个定位支座，每个定位支座上设有一个检测定位单元；安装在基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；安装在基座上用于调整机车构架在检测平台上的相对位置的若干个调正装置，每个调正装置上均安装有测距装置。
如图2～14所示，在基座2的左右两侧，对称、平行地固定安装有第一组定位支座8、第二组定位支座9、第三组定位支座10；本实施例中，定位支座有三组，每组有两个，每组的两个定位支座分别位于基座2的左右两侧，并与机车构架1上的拉杆座的位置和尺寸相匹配。各定位支座上均设置一个检测定位单元7，这样的检测定位单元7共有三组十二处，分别与待测机车构架1上三组拉杆座的位置和尺寸相匹配，如图3。
每个检测定位单元7包括至少一个检测位，每个检测位包括一个X向基准块、一个Y向基准块和一个Z向基准块。
为满足不同车型机车构架测量的需求，在第一组定位支座8、第三组定位支座10的每个检测定位单元7上均设置有两个检测位，如图4，每个检测位包括三个基准块：X向基准块701、Y向基准块702、Z向基准块703，分别作为测量机车构架拉杆座位置的三个方向基准。由于不同车型同一检测位的三个基准块空间位置关系相同，只是因机车轴距有1800mm或2000mm之分，纵向的两基准块相距200mm。该检测定位单元的设置不仅节约了设备费用，还节约了场地使用面积、提高了设备的利用率。
在搭建测量平台时，通过精密仪器进行测量，先保证左右两侧各组对应检测位的Y向基准块702的基准面D面(各六块)处于同一铅锤面上，即六块Y向基准块702的基准面D面应共面，且两侧的各Y向基准块702的基准面均须等距；再保证同组对应检测位的X向基准块701的基准面C面处于同一铅锤面上并与基准面D面垂直，同组对应检测位的Z向基准块703的基准面上表面处于同一水平面上。该检测平台的搭建安装过程为一次性调试，长久使用。
所述万向支承座3设置有四个，用于支承待测机车构架，分别支承在机车构架的左右侧梁的前后两端。其结构如图5、图6，万向支承座3的下部分通过螺钉固定于基座2上，其间距根据机车构架的尺寸确定。万向支承座3包括支承座301、固定板302、万向球303、滚珠304，支承座301的上法兰上均布有若干球窝，球窝内安置有若干个小滚珠304和万向球303，固定板302的中心设有与支承座上球窝相对应的通孔，并和支承座301的上法兰通过螺钉固定连接；万向球303的顶部穿过固定板302的通孔，凸出于固定板302，万向球303可以自由滚动，万向球303的数量和直径可根据承载能力要求而确定，本实施例中，万向球303的数量为二十五个、直径为间距45mm，每个万向球可以承重180KG，足以承受机车构架的重量，保证机车构架能够在万向支承座3灵活移动，减少摩擦力。
本实施例中，在基座2上固定设置有三组，共六台调正装置，分别为第一组调正装置4、第二组调正装置5、第三组调正装置6，每组调正装置均由两个对称分布的、结构相同的电动推进机构组成，第一组调正装置4、第二组调正装置5分别设置在基座2的前端和后端，呈横向对称布置，其推进方向应垂直于Y向基准块702的基准面，用于调正机车构架在检测平台上的左右位置；第三组调正装置6设在基座2的中部，在待测机车构架1的两个横梁104之间，呈纵向布置，其推进方向应垂直于X向基准块701的基准面，用于调正机车构架在检测平台上的前后位置。
所述电动推进机构包括底座401、固定板402、下连接板403、轴套404、上连接板405、轴承406、推杆407、丝杆螺母408、轴承座组件409、丝杆410、电机固定板411、电机412、联轴器413、中立板414，其结构如图7所示。
底座401为组焊件，通过底部的螺钉孔与基座2固定连接。
固定板402、下连接板403、中立板414、上连接板405、电机固定板411通过螺钉固定呈“日”型框架，并与底座401固定连接，用于安装电动推进机构。
丝杆410通过轴承座组件409安装在中立板414上，其一端通过联轴器413与固定在电机固定板411上的电机412连接，其另一端装有丝杆螺母408。
推杆407一端与丝杆螺母408固定连接，另一端穿过固结于在固定板402上的轴套404，与轴套404滑动连接，推杆407的上下两面通过销轴安装有轴承406，轴承406分别嵌入上连接板405和下连接板403内侧沿丝杆410轴向开设的矩形槽内，轴承406与矩形槽的B面滚动接触，当电机412工作时，通过丝杆螺母副传动，丝杆螺母408带动推杆407只能沿丝杆410轴向进行运动，而不会产生旋转。
本实施例中，每个调正装置上均安装有测距装置，测距装置采用激光测距传感器；具体地，在第一组调正装置4的两台调正装置的底座401的外侧面，分别左右对称地安装有一对第一激光测距传感器11，在第二组调正装置5的两台调正装置的底座401外侧面，也分别左右对称地安装有一对第二激光测距传感器12，四个激光测距传感器的激光束均须与其对应的Y向基准块702的基准面D面垂直，且各激光测距传感器的发射面到Y向基准块702的基准面D面距离W相等。激光测距传感器的安装高度对应于待测机车构架1侧梁高度方向的中间部位，以便能够测量出该位置处侧梁内侧面的距离。
在第三组调正装置6的两台调正装置的底座401侧面，分别安装有一个第三激光测距传感器13，其激光束与X向基准块701的基准面C面垂直，用于测量待测机车构架1横梁的位置。本实施例中，第一激光测距传感器11、第二激光测距传感器12、第三激光测距传感器13均选用LK-G155激光测距传感器，其测距范围为110mm—190mm。
拉杆座是否变形及变形量大小、轴距偏差、上下拉杆座的水平中心距偏差等数据的测量和计算，都是以拉杆座切口中心线为基准，拉杆座切口为斜度1:10的梯形切口E，如图9，用以匹配机车上轴箱拉杆的拉杆芯轴，将机车轮对的动力传递给机车车厢。由于拉杆座切口中心线F为虚拟的，无法直接测量，为此设计了与拉杆芯轴类似的检测芯轴14，如图10、图11、图13。
所述检测芯轴14是一个圆柱体1401，在该圆柱体的两端分别设有上下对称的双梯形凸块1402，如图10、图11所示，梯形凸块1402的斜度是1:10，该梯形凸块的长度及高度与待测机车构架的下拉杆座105切口E的长度与深度匹配，然后沿着圆柱体的轴线将整个检测芯轴14铣削去1/4。使用时检测芯轴14与待测机车构架的连接是靠检测芯轴的梯形凸块1402与拉杆座的切口E密贴配合，这样检测芯轴14的轴线就与机车构架拉杆座切口中心线重合，检测芯轴14的竖直面就可以作为测量基准面G，通过测量到基准面G的距离来精确确定待测量拉杆座切口中心线的位置，因此该检测芯轴14构建了待测量拉杆座切口中心线的测量基准位置。
本实施例通过设置基座、定位支座、万向支承座、调正装置、测距装置能够实现对放置其上的机车构架进行自动调正，提高了调正的精度和自动化程度，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。
实施例二：
基于实施例一所述的机车构架自动调正检测平台，本实施例提供一种机车构架自动调正检测方法，包括：吊放待检测的机车构架至万向支承座上；根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；将检测芯轴放入各拉杆座切口内，通过测量检测芯轴的测量基准面与定位支座上的检测定位单元的相对位置，获取各拉杆座切口的实际参数。
待测机车构架调正方法如下。
机车构架拉杆座是焊接在左右两侧梁上，设计时拉杆座相对于机车构架的中平面左右对称，但在机车在役再制造过程中，无法找到该设计基准，实际操作时都是以机车构架的侧梁为基准的，本工序测量前需要先检修机车构架的侧梁和横梁。因此，在本发明的检测平台上检测时，将测量基准转化为以对应位置的检测定位单元7上的三个基准块作为基准，所以在检测前必须将待测机车构架1相对于检测定位单元7进行调正，使两侧梁的两端到对应位置的Y向基准块702的基准面D面之距相等。其调正方法和步骤如下。
(1)吊放待测件。将待测机车构架1翻转，让拉杆座侧朝上，用吊车把它平稳地安放于检测平台的四个万向支承座3上，保证此时各激光测距传感器均在测量范围之内，如图3所示。
(2)横向粗调正。打开测控***，获取第一激光测距传感器11的一组实测数据Y1、Y2，测控***的程序计算出其平均值Ya＝(Y1+Y2)/2，如图12所示，图中虚线为机车构架的目标位置。
如果Y1<Ya，则第一调正装置4中左侧的电控推进机构工作，先快速进给Y1-S0，然后再工进Ya-Y1。其中，S0为电控推进机构中推杆407端面到激光测距传感器的发射面之间的距离，该值为一定值，安装调试时测定后，存储于测控***。
如果Y1>Ya(即Y2<Ya)，则第一调正装置4中右侧的电控推进机构工作，先快速进给Y2-S0，再工进Ya-Y2。
(3)与步骤(2)同步执行，获取第二激光测距传感器12的一组实测数据Y3、Y4，计算其平均值Yb＝(Y3+Y4)/2。如果Y3<Yb,则第二调正装置5中左侧的电控推进机构工作，先快速进给Y3-S0，再工进Yb-Y3；如果Y3>Yb，则第二调正装置5中右侧的电控推进机构工作，先快速进给Y4-S0，再工进Yb-Y4。
(4)纵向调正。获取第三激光测距传感器13的实测数据X1，如果X1<Xa，则第三调正装置6中前端的电控推进机构工作，先快速进给X1-S0，再工进Xa-X1。如果X1>Xa，则第三调正装置6中后端的电控推进机构工作，先快速进给(Xa-S0)-(X1-Xa)，再工进X1-Xa。
其中，Xa是在目标位置状态下，激光测距传感器的发射面到机车构架侧梁内侧面的距离。该值为事先根据不同车型确定的一个定值，并存储于测控***。当目标位置状态时，理想的(即未变形的)机车构架各拉杆座切口中心线与对应检测位X向基准块701的基准面重合。
(5)横向微调正。由于待测机车构架的横向放置偏差对测量精度影响较大，所以在横向粗调正结束后，重新获取各激光测距传感器的实测数据Y1、Y2、Y3、Y4，如果Y1<Y2，则第一调正装置4中左侧的电控推进机构工进，测控***实时判别，当|Y1-Y2|<δ时，第一调正装置4停止工作；如果Y3<Y4，则第二调正装置5中左侧的电控推进机构工进，测控***实时判别，当|Y3-Y4|<δ时，第二调正装置5停止工作。其他情况类似操作。其中，δ为事先存储在***中的阈值，代表测量精度，本实例中δ设定为0.1mm。
(6)当后续测量工作结束后，测控***下发指令，各电控推进机构返回至初始位置，等待下次检测工作。
本发明的机车构架自动调正方法克服了现有的人工调整时需多人配合、反复逐个位置尺寸测量、反复调整待测机车构架位置的不足，调正所需时间大大缩短，操作人员减至一人，调正精度也大幅提高。
待测机车构架拉杆座的检测。
在机车的运营过程中，机车构架拉杆座常常因受到各种力的作用而发生变形，在对机车进行在役再制造过程中，必须对拉杆座的形变进行检测，为后续的偏差计算、变形修复提供实测数据。对拉杆座需要测量三组数据：拉杆座外侧切口内平面的变形量、拉杆座外侧切口中心的纵向变形量、拉杆座内侧切口中心的纵向变形量。该三组数据反映了拉杆座的横向变形、纵向变形、扭转变形情况，影响车轮轮缘与铁轨的间距、构架的横动量、轴箱拉杆的安装与磨损。
本实施例借助检测芯轴、深度游标卡尺、方型平尺15、塞尺等对机车构架进行这些尺寸的综合测量。测量步骤如下。
(1)在调正检测平台安装过程中，先用理想的(即未变形的)机车构架进行调试，使拉杆座切口中心线与对应检测位X向基准块701的基准面重合、且机车构架侧梁与对应的Y向基准块702的基准面的间距相等，此状态定为目标位置。然后调整第一调正装置4、第二调正装置5、第三调正装置6的位置，使各自的推杆407端面到与其推动的侧梁或横梁面之距相等，安装其上的各激光测距传感器发射面到与其测量面的距离也相等，固定其位置，并设定为原始参照位置，记录S0，存放到测控***。该调试过程只进行一次，长期使用，本实例中S0＝10mm。
(2)将检测芯轴14放入各拉杆座切口内，用0.08mm塞尺检查切口与检测芯轴14相配是否密贴，用0.08mm塞尺自边缘向中心线***深度不得大于10mm，底部间隙应在0.5-0.6mm范围内，如图13、图14所示。若超出范围，应用风砂轮或锉刀对切口进行修锉，保证达到要求。
(3)按照轴对顺序，先对第一检测位进行测量。用深度游标卡尺直接测量拉杆座外侧切口内平面H面到基准块D面的距离，左侧依次记为U1i、右侧依次记为U2i，其中序号i＝1,…,6。如图9、图14。
(4)将方型平尺15平放在用一组检测位的Z向基准块703的基准面上，并将方型平尺15与X向基准块701的基准面C贴紧，然后用不同厚度的塞尺或塞尺组合***方型平尺15与检测芯轴14的测量基准面G之间，依次测量左侧切口外侧处、左侧切口内侧处、右侧切口内侧处、右侧切口外侧处的间隙，分别记为V1i、V2i、V3i、V4i。
(5)完成一组检测位的测量后，重复步骤(2)～(4)，对下一检测位进行测量，直到6组12个检测位测量完毕。所得的U1i、V1i、V2i和U2i、V3i、V4i分别为左侧和右侧各拉杆座的横向、纵向、扭转变形量。
本实施例通过借助检测芯轴等完成对拉杆座的变形量进行测量，为后续机车构架的修整提供了精确的数据；其测量成本低、综合测量精度好、效率高，二十分钟就能够完成之前需要两小时的检测工作量，可以满足大批量机车在役再制造的产业化需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种机车构架自动调正检测平台，其特征在于，包括：
基座；
安装在所述基座上用于检测机车构架上的拉杆座的若干个定位支座，每个所述定位支座上设有一个检测定位单元；
安装在所述基座上用于支撑机车构架的若干个万向支承座；
安装在所述基座上用于调整机车构架在检测平台上的相对位置的若干个调正装置，每个所述调正装置上均安装有测距装置；
其中，所述定位支座有三组，每组有两个，每组的两个定位支座分别位于基座的两侧，并与机车构架上的拉杆座的位置和尺寸相匹配；
每个所述检测定位单元包括至少一个检测位，每个所述检测位包括一个X向基准块、一个Y向基准块和一个Z向基准块；
位于基座同一侧的各定位支座对应的各检测位中，Y向基准块的基准面共面；且位于基座两侧的各Y向基准块的基准面等距；
同一组定位支座对应的各检测位中，X向基准块的基准面共面并与Y向基准块的基准面垂直；Z向基准块的基准面位于同一水平面上；
位于基座两端的两组定位支座上的检测定位单元均设置有两个检测位；
所述万向支承座包括安装在基座上的支承座，所述支承座上设有若干球窝，每个球窝内设置一个万向球，在每个万向球和球窝之间设有若干滚珠；固定板安装在支承座上，所述固定板上设有与支承座上球窝相对应的通孔，万向球的一部分穿过固定板上的通孔并可以自由滚动；
所述调正装置有三组，每组有两个，其中两组位于基座的两端，用于调整机车构架在Y方向相对检测平台的位置；另一组位于基座的中间，用于调整机车构架在X方向相对检测平台的位置；
所述调正装置包括安装在基座上的底座；
固定板、下连接板、中立板、上连接板、电机固定板组装成“日”型框架，并与底座固定连接，电机安装于电机固定板上；
丝杆通过轴承座组件安装在中立板上，其一端通过联轴器与电机的输出轴连接，其另一端装有丝杆螺母；
推杆的一端与丝杆螺母固定连接，另一端穿过固结于固定板上的轴套，与轴套滑动连接，推杆的上下两面通过销轴安装有轴承，轴承分别嵌入上连接板和下连接板内侧沿丝杆轴向开设的矩形槽内。
2.根据权利要求1所述的机车构架自动调正检测平台，其特征在于，所述测距装置为激光测距传感器。
3.一种机车构架自动调正检测方法，其特征在于，包括采用检测芯轴、方型平尺及权利要求1～2任一项所述的机车构架自动调正检测平台；
所述检测芯轴包括一个圆柱体、连接在该圆柱体的两端与机车构架上的拉杆座的切口相匹配的双梯形凸块，所述检测芯轴沿圆柱体的轴线切除四分之一，切除后形成的竖直面作为测量基准面；
所述方法包括：
吊放待检测的机车构架至万向支承座上；
根据测距装置的检测结果，启动调正装置，将机车构架调正；
将检测芯轴放入各拉杆座切口内，通过测量检测芯轴与拉杆座切口的间隙、检测芯轴的测量基准面与定位支座上的检测定位单元的相对位置，获取各拉杆座切口的实际参数。
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