1、1图3.1不落轮镟床不落轮镟床是进行地铁车辆检修作业的一项重要工艺设备,主要用于在不拆解地铁车辆轮对的情况下,对车轮踏面经行加工、修整。通过本项目的学习,从其性能、结构以及特点等方面,对设备进行全面的了解。21.会分析不落轮镟床的基本结构。2.掌握不落轮镟床常见故障的一般处理方法。【学习目标】通过本项目的学习,要求掌握以下基本知识:1.了解不落轮镟床的功能及用途。2.熟悉不落轮镟床的组成及结构。3.掌握不落轮镟床的主要技术参数及加工方式。4.掌握不落轮镟床的镟修工作流程。5.熟悉不落轮镟床安装、调试的方式。【技能目标】3任务1了解不落轮镟床【活动场景】使用多媒体展示不落轮镟床的使用与生产。【任
2、务要求】掌握不落轮镟床设备的功能、用途、组成及特点。4 【知识准备】1.设备的用途电客车在长时间运行后,与钢轨接触的轮缘踏面会产生磨损和变形,需要进行车削加工恢复尺寸,不落轮镟床是地铁车辆轮对加工的专用设备,主要用于城市轨道列车在不进行解编、不需要任何拆卸的情况下,对受损的车轮踏面、轮缘进行切削加工、修复的工作,一般设置在城市轨道交通车辆检修基地内的专用镟轮轨道线路上,安装于地面以下的基坑中。52.设备的功能不落轮镟床是用于加工具有外置轴箱轮对的车辆,通过遥控公铁两用车牵引或者牵车器牵引地铁列车、车辆,使待镟修的车辆轮对运行到机床上,待被加工轮对与机床对位后,机床顶轮机构将被加工轮对两轴端顶起
3、使之悬离轨道,将机床上方的一段活动轨道取下,由机床电机经传动齿轮带动被加工轮对转动,机床刀具即可对轮对轮缘踏面进行加工。新一代的数控系统、结构紧凑的液压系统,在加工车削时可以同时加工两侧车轮,并且通过先进的测量装置对车轮的轮缘和轮对的踏面预加工自动测量和最终加工完成的数据测量,即同时测量、加工、采集加工数据。6其设备主要功能如下(见图3.2)。在列车整列编组不解列、转向架轮对不落轮的条件下,对车辆单个轮对受损或擦伤的车轮踏面和轮缘进行镟削加工。对已落架的转向架上的单个轮对进行不落轮加工;或对已落轮的单个轮对的踏面及轮缘进行镟削加工。在不落轮条件下,对工程轨道车辆(如内燃机车、接触网作业车等)单
4、个轮对踏面和轮缘进行镟削加工。7图3.2不落轮镟床的主要功能83.设备的组成不落轮车床有两套数控系统及机械装置对称布置,可同时或分别加工轮对的两个车轮。主要由数控系统、机械传动机构、垂直顶轮机构、液压系统和防窜装置、整流电源、机床电控系统等部分组成,见图3.3。数控系统根据加工程序和操作指令控制刀具的运行轨迹,完成轮缘曲线的加工;机械传动机构由齿轮变速箱、滚珠丝杆传动装置构成,将两个垂直方向的由数控系统的电机动力传递给刀具;垂直轮机构由蜗轮蜗杆构成,将被加工轮对顶起,使之悬空转动;整流电源作为机床的辅助设备,为被加工机车轮对牵引电机提供动力,驱动轮对转动;液压系统为45斜向液压顶轮装置提供动力
5、,斜向顶轮装置在加工中对被加工轮对水平方向定位,防止车削加工时轮对产生横向窜动;机床电控系统对以上各部分进行电气控制,并实行安全联锁。9104.设备的特点不落轮镟床与普通车床相比,无论从结构上,还是控制上都有很大的差别,具有以下特点。11图3.4不落轮镟床传动方式简图1轮对;2摩擦驱动轮;3摩擦轮;4床身;5抬升油缸12(1)设备结构对称布局不落轮镟床设备的立柱式床身、主传动系统、刀架、定心定位装置、测量系统等部件,均采用左右对称的布局方式,即左右各1套。这样的布局形式,既便于轮对的装夹,满足轮对左右同时切削加工的需要,又提高了轮对加工的工作效率,同时有利于机床运行时的整体稳定性。13(2)装
6、夹方式以工件定心不落轮镟床不同于普通车床,具有唯一确定的回转中心,它是一种无心车床,要以每一工件(被加工轮对)的回转中心作为机床的回转中心。而每一轮对在机床上装夹的回转中心变化不定,因此不落轮镟床必须设置可调整的轴箱支撑定心装置。同时,为了保证切削加工中工件不产生轴向移动,不落轮镟床上还要设置轴向定位装置。14(3)采用摩擦传动的方式不落轮镟床没有卡盘,带动工件(轮对)旋转和切削的转矩由摩擦方式产生。摩擦传动链为主电动机皮带轮传动齿轮箱传动轴(两根)摩擦滚轮(两个)工件(车轮),除主电动机安装在床身上外,其余传动件均安装在摩擦轮支承架上,见图3.4。摩擦传动中为了保证每个轮对始终与两个摩擦滚轮
7、相接触,不致在切削过程中或因车轮不圆时发生脱离,摩擦轮支承架要处于恒压浮动状态。摩擦力的大小与正压力成正比,当车辆轮对的轴负重较轻而不能产生足够的摩擦转矩时,可通过增力压下装置来增加轴负重。15(4)刀架垂直布置不落轮镟床的左、右刀架均为垂直布置,这样既充分利用了有限的空间又便于排屑。同时垂直布置的刀架其主切削力在水平方向内,不会与垂直方向内的轴负重力相抵消而减小摩擦转矩。由于被车削的轮对宽度有限并考虑到刀架立柱的支承刚性,刀架纵向有效行程一般设计在230mm以内;刀架结构一般设计为下层为横向(径向即垂直方向:X轴)滑板,上层为纵向(轴向即水平方向:Z轴)滑板。16(5)两侧切削同时进行车辆的
8、轮形有多种,由多段直线及不同圆弧所组成,因此需要刀架在两个方向(X轴、Z轴)的合成运动来完成切削加工。早期的不落轮对车床一般采用液压仿形,其中纵向为电液比例控制,横向为机液伺服控制。现在的不落轮对车床基本上为数控型,其中中低档次的数控不落轮对车床采用两套车床数控系统分别控制左、右刀架;而高档次的数控不落轮对车床则由一个多通道的具有较完善PLC功能和较强计算、通信功能的数控系统来完成两个刀架的控制及所有测量数据的采集与集中处理。17随机调整和确认;另一方面在保证车辆运行安全、贯彻好相关标准和规程的前提下,轮对在切削加工中要以最少的金属去除量来保留最大的踏面直径以便获取最大的经济效益。因此,要对工
9、件机床绝对坐标系中的位置、加工前的直径及磨损状况、加工过程中直径的变化等随机参数进行自动测量,以便控制系统计算、比较后自动形成最佳切削参数。上述功能是高档次数控不落轮对车床必须具备的功能。目前的不落轮对车床具有定位测量(也称对刀测量)、直径测量及轮形磨损测量等测量功能。(6)多种测量方式一方面由于每个被加工工件(轮对)在不落轮对机床上的位置要18不落轮镟车床的技术条件需符合机床数控系统通用技术条件(JB/T88322001)、 金属切削机床通用技术条件(GB/T9061)、机械电气设备通用技术条件(GB5226.12002)、液压系统通用技术条件(GB/T37662001)、金属切削机床安全防
10、护通用技术条件(GB15760)等技术规范及标准的要求。【任务实施】不落轮车轮机床是地铁车辆段车辆维修的主要设备之一,国内的生产厂家主要有青海重型机床厂、江西重机(与德国Hegenscheidt公司合作生产)、武汉善福等。在国际上生产不落轮机床比较著名的有德国Hegenscheidt公司、美国的Simmons公司,以及欧洲的Hoesch公司和Talgo公司在这一领域也占有一席之地。可以这样说,这些公司在生产车辆不落轮车轮成形机床方面,融合了最现代化的技术,代表了当今世界计算机数控切削机床的最高水平。19不落轮加工车辆轮对的方式主要有车削和铣削两种。车削的刀具是车刀,一般刀头上有2个刀片(但处于
11、工作状态的只有l片),一片切削踏面和相邻的轮缘面,另一片削轮缘的另一侧面。车轮在驱动托轮的带动下快速转动,刀片则仿照轮缘踏面的形状运动可直接按仿板型或按计算机程序仿型切削。铣削的刀具是铣刀,每组全轮廓仿形铣刀有多个环绕交错嵌入的硬质合金刀片,铣削时依次接触整个轮缘踏面。铣刀轮盘上有1016个切削刃片,每个刃片上嵌入12个左右的硬质合金刀片,非线形切削长度可保持低负荷和高切削量的切削状态。【知识链接】2021任务2不落轮镟床的认知【活动场景】在不落轮镟床设备的组装车间或设备的使用现场组织教学(或使用多媒体展示设备的系统组成)。【任务要求】掌握不落轮镟床设备的基本结构及主要技术参数。22【知识准备
12、】目前,各厂家生产的不落轮镟床多采用单元模块化设计结构,主要由下列各部分组成:床身、轨道系统、轮对轴向定位及驱动系统、轮对卡紧系统(包括外轴箱支撑装置和轴箱压下装置)、测量系统、数控刀架系统、数控系统/操作系统、碎屑排送装置、吸尘排烟装置,如图3.5所示。231.机床床身不落轮镟床的床身是安装和连接设备其他组件的基础,其材料多为耐用铸铁,采用厚壁大、加强筋的结构形式,并经过了适当的热处理工序,可使机床在最大的静、动态负荷条件下保证其刚度,以保证其在设备的使用周期内不变形。床身的支撑部件主要由2根立柱和1根导轨横梁组成,其中2根立柱相对而立,通过专用的水平调整垫铁固定于设备基础上,主要用于支撑轮
13、对的质量;导轨横梁与镟床床身相连接,为刀架及镟床的测量装置提供固定位置。24图3.5不落轮镟床系统图1床身;2轨道系统;3驱动系统;4轮对卡紧系统;5主控制面板;6步梯、围栏;7铁屑处理系统252.轨道系统不落轮镟床的轨道系统主要由固定式、活动式轨道两部分组成,在镟床中心的上方,由活动式轨道将两段固定式轨道相连接。活动式轨道连接后被加工车辆在牵引设备的牵引下,使待加工轮对运行至镟床加工位置,通过摩擦驱动轮将车辆的轮对顶起。此时活动式轨道从车轮下方撤离,为镟床进行轮对测量及切削加工提供工作空间,如图3.6所示。26活动式轨道可承载全部的车体质量,具有耐磨性能好,移动动作灵活、可靠、安全,并设置有
14、:(1)活动式轨道移动导向装置,防止轨道在活动时跑偏。(2)活动式轨道在行程两端位置设有行程开关,确定轨道状态。(3)安装有专门的锁定机构,防止轨道误伸缩,或在车轮摩擦力的作用下抽出。(4)车轮运行监控装置。当滑动轨将轨道封闭时,车轮运行监控功能自动启动,方便轮对的轨向初始定位。(5)轨道是否封闭的信息显示。(6)机床的车辆荷载是否卸载的信息显示。(7)出现故障和接地短路泄漏时,滑动轨道与牵引电流绝缘。27图3.6轨道系统图1床身;2轨道系统;3驱动系统;4轮对卡紧系统283.轮对轴向定位及驱动系统轮对的轴向定、驱动装置是不落轮镟床上最基本的部件,主要用于实现轮对的抬升定心及驱动轮对旋转的动作
15、。它由4套向定及驱动装置(每个车轮二个)组成。每套向定及驱动装置分别安装在机床两侧,成对称布置在滚轮支撑架上,并由独立的异步电机驱动,如图3.7所示。每套向定及驱动装置由1个摩擦轴驱动滚轮、1个减速装置和1个交流电机组成,安装在一倾斜的支撑滑动装置上,以便抬起不同直径的轮对。完成抬升、定心操作后,考虑到待加工车轮型面的不圆度,则必须保证车轮与其驱动滚轮始终保持接触而不改变加工过程中的负载,为此,整套向定及驱动装置的支架均设有液压油缸,该油缸可保证在车轮与驱动滚轮之间始终保持恒定的压力。29(1)轮对的定位对中当公铁两用车牵引车辆待修轮对至机床中心线附近后,操纵机床的数控系统使2个摩擦驱动轮上升
16、与待镟修轮对接触,并将待镟修轮对抬起一定的高度,使抬起后的轮对被自动定位在机床的中心位置上。30图3.7轮对轴向定位及驱动系统示意图1待镟修轮对;2定位、驱动系统;3摩擦驱动轮;4驱动电机及减速机;5液压油缸31(2)轮对的驱动旋转当轮对与机床被定位在机床中心线上后,通过机床的数控系统控制摩擦轮的4个交流驱动电机,使4个交流电机保持同步来获得最大的传动扭矩,由4个摩擦驱动轮通过摩擦力驱动待镟修轮对的旋转。同时,机床的数控系统还具有监控驱动滚轮与车轮之间产生的打滑现象。机床将连续监控待镟修轮对的转速,如果车轮的转速变化较大,数控系统会自动将进给量减少,以恢复车轮及滚轮的设定速度,如果不能恢复,机
17、床会自动的断开刀具与轮对的接触并发出报警。324.轮对卡紧系统轮对卡紧系统主要用于实现在镟修轮对的过程中,将轮对卡紧定位在其回转中心线上,该系统主要由轴箱支撑装置、轴箱下压装置及轴向反作用装置三部分组成,如图3.8所示。33(1)轴箱支撑装置待镟修轮对在完成抬起及定位对中动作后,为保证轮对的轴线在切削加工过程中保持位置不变,镟床设置了2个千斤顶装置支撑在待镟修轮对的两个轴箱上。千斤顶装置的升启动作通常是由液压马达或者电机作为驱动,通过丝杠、丝母的传动形式控制千斤顶的上下动作。由于采用丝杠带动丝母的传动形式具有单向的锁紧功能,因此,在切削的过程中,即使有振动产生,千斤顶装置也能与轴箱稳定的接触。
18、如图3.9所示,轴箱支撑装置安装于两个摩擦驱动轮之间,由一个带刹车装置的液压马达作为动力驱动源,它通过连轴器与梯形丝杠连接,由梯形丝杠带动与支撑块结合为一体的梯形螺母,控制支撑块的上下移动。34图3.8对卡紧系统1轴箱支撑装置;2轴箱下压装置;3轴向反卡装置图3.9轴箱支撑装置1外壳;2支撑块;3丝杠;4螺母;5液压马达35自重无法保证其在动态切削力作用下的位置固定,避免因轮对固定不到位造成车轮踏面与摩擦驱动轮的相对滑动问题,镟床设置了1套轴箱下压装置,压在轴箱上以增加轴负重,以保证切削过程中轮对的稳定性。轴箱下压装置主要由轴箱卡爪、导柱、液压油缸等部分组成,在镟床的左右两侧各设置1套,如图3
19、.10所示。(2)轴箱下压装置为防止因加工过程中切削力过大或待加工车轴的负重较轻,轮对36图3.10轴箱下压装置1轴箱卡爪;2导柱;3液压油缸图3.11轴箱下压装置示意图1外壳;2液压马达;3水平螺杆驱动;4液压马达;5伸缩轴套;6卡爪头37如图3.11所示,在外壳内部安装有液压马达驱动的梯形螺杆,用以控制整套轴箱下压装置的抬起及下压动作;水平螺杆驱动装置内安装有第2套液压马达驱动的梯形螺杆,此螺杆可以控制轴套的前后伸缩,从而控制卡爪头的伸缩。在上述两种运动的组合下,可控制卡爪头放在轴箱上部的适当位置。轴箱下压装置设计有符合轴箱外形的特殊卡爪,用以压紧、固定轴箱;导柱用以控制卡爪的水平伸缩动作
20、,在车辆移动时将卡爪收回至车辆限界外;液压油缸与设备的液压系统相连接,用以提供轴箱垂直方向的恒定压紧力。38(3)轴向反卡装置为了保证轮对的轴向位置在切削过程中的定位准确,不落轮镟床设计有2套轴向压紧轮,用于在加工轮对的过程中抵消轴向力的作用,防止轴承的轴向窜动。在轮对的加工过程中,由于2个轴向压紧轮与轮对内侧面贴合并与轮对通过摩擦的方式持续旋转,通过安装相应的检测探头可时刻监控轮对在加工过程中的转动情况,因此在设计中轴向压紧轮还具有检测轮对与摩擦驱动轮是否出现打滑的功能,见图3.12。39图3.12轴向反作用装置图3.13轴向反作用装置示意图1轴向压紧轮;2摩擦驱动轮;3轮对405.测量系统
21、不落轮镟床的测量系统包括轮对的内侧距、磨耗及直径测量装置(见图3.14、图3.15),一般设置有2套装置安装在水平刀架两侧外部的边上,每套测量装置经由伺服电动机操纵,并可在水平导承上滑动,利用刀架的纵向(Z向)和垂向(X向)运动的配合来完成测量。测量系统应设有全封闭安全防护装置,测量头只在测量时才伸出防护罩,如此能有效防止测量系统被加工时所产生的铁屑破坏。41图3.14内侧距及磨耗测量装置示意图1磨耗测量探头;2内侧面定位探头测量系统可测量的轮对主要几何参数有车轮直径、轮缘高度、轮缘厚度、轮对内侧距、径向跳动和端面跳动等,具体的测量功能如下:轮对的定位测量:定位测量由内侧面定位探头及磨耗测量探
22、头共同完成。42图3.15直径测量装置示意图1直径测量轮;2摆动支架;3反光片;4光电探头43旋转过程中,测头能随轮对内侧面而伸缩跳动,通过位移编码器来测量跳动量,其跳动量就是轮对的内侧面跳动,而轮对内侧距则可通过公式由计算得到。磨耗测量:磨耗测量由磨耗测量头单独完成,用于轮对踏面及轮缘部分的检测。测量时由轮缘顶部自内向外测量,在车轮廓形上滑内侧距和内侧面跳动的测量:当测量内侧距时,由左右两个内侧面定位探头在Z轴电机的驱动下,分别在两个方向贴住轮对内侧面,同时驱动轮对旋转,由于该测头是设计为弹性结构的,因此在轮对移的同时,保持磨耗测量头始终接触到轮对,设定20100个测点来测量车轮踏面的磨耗量
23、。44直径测量:直径测量单元的测量轮上带有一个旋转编码器,测量时测量轮翻转顶住轮对的轮径测量点(距内侧面70mm的轮对踏面),驱动轮对旋转,测量轮随之转动,旋转编码器记录下测量轮的旋转圈数,通过计算周长折算轮对直径。失速监控:在加工过程中,直径测量的测量轮始终抵住被加工轮对,监测轮对的即时转速。456.数控刀架系统数控刀架系统主要由刀架装置和滚珠丝杠驱动传动系统两部分组成。在不落轮镟床左右两侧的横梁上,各安装有一套数控刀架,可在纵向(Z向)和垂向(X向)两个方向运动。刀架的纵向移动是通过刀架系统中的伺服电机驱动,沿纵向导轨运动。垂向运动是由伺服电机通过同步齿带驱动经过预紧的滚珠丝杠螺母副得到。
24、数控刀具系统的主要机能有:在伺服电机和CNC控制下,刀具可实现水平走刀(进给)运动和垂直走刀运动。滚珠丝杠传动及传动间隙可调整。传动装置包含交流伺服电机传动齿轮滚珠丝杠溜板。滑动刀座有间隙调整机构。闭环或半闭环控制机能。伺服电机上设有位置反馈元件,和CNC系统一起组成位置半闭环控制,垂直方向(X方向)的伺服电机还带有制动器。46图3.16数控刀架系统相对轮对轴向定位的位置,数控刀具具有自动定心切削的机能。交流伺服电机提供溜板无级变速和快速移动机能。对导轨和滚珠丝杠的保护机能。机床配有导轨刮屑板,滚珠丝杠配有伸缩保护罩。刀具系统采用的是山特维克专用轮对车刀。滑动刀座装有快速换刀系统,操作人员可以
25、快速简便地更换刀片,而无需更换刀具。机床采用不重磨刀具,刀具系统为模块化设计,刀具系统备品、备件以及刀片在国内的山特维克供货商处可以购得。刀具切削刃在切削中具有自行断屑机能。477.操作控制系统不落轮镟床有数控型和液压仿形两种形式,但目前各生产厂家所制造的设备多为数控型机床。大部分机床的数控系统均采用西门子公司专门设计的全数字化840型系统,包括四个功能单元,即CNC(计算机数字控制)系统、PLC(可编程逻辑控制器)系统、伺服驱动系统和MMC(人机通信)系统。将CNC和驱动控制集成在一起,可完成CNC连续轨迹控制机内部集成PLC控制,测量和切削精度高。切削系统电机采用变频调速,切削速度可无级调
26、节,切削过程平稳,如图3.17所示。48通过操作控制系统,镟床还具有其他功能,各种车轮轮廓形状曲线的编程、设备故障检测和查询、镟床调整装置和校正、各种测量数据打印和记录储存功能、镟床切削时的自动断屑功能、镟床切削时的防滑功能(在切削时打滑或卡死时能自动退刀和停机)、完善的防误操作系统及故障自动诊断和报警显示功能等。498.铁屑处理系统铁屑处理系统主要由碎屑器、排屑器、集屑箱组成。加工过程中会产生很多长铁屑,经断屑器断屑,被绞碎成150200mm的碎屑后落到机床底部的排屑器中,再经过水平和提升两个排屑器将碎屑提升到安放在地面上的集屑箱内,如图3.18所示。5051图3.18铁屑处理装置示意图1水
27、平排屑器;2断屑器;3提升排屑器529.吸烟排尘系统机床安装有吸/排烟尘的集尘装置,用来吸/排轮对加工过程产生的被污染的气体,由静电过滤器、机械过滤器和活性炭过滤器组成。系统设置集尘过滤装置,机床的集尘控制程序由计算机编入到加工过程中,由控制面板上的两个按钮来控制其开或关。53【任务实施】国内轨道交通行业对于该设备的主要规格、技术参数及适用范围如下:轮对加工直径范围(踏面直径)为7401250mm、轮箍最大宽度为145mm、轮对最大轴长范围为16502450mm。主轴转速级数3级、转速范围为2755r/min。刀架坐标轴数2个(横向X,纵向Z)、无级进给、常用进给量纵/横向为0.52mm/r。
28、轴向控制轮数量4个、垂直方向最大行程为180mm、水平方向最大行程为12mm。外轴箱支撑数量2个、垂直方向最大行程为170mm;轨道装置移动行程为1150mm。数控系统为西门子802DSL(2套)。主电机功率22kW(2组)、交流伺服电机功率6kW(4组)、液54压泵站电机功率5.5kW。机床生产率8对轮/班;外形尺寸5173mm2848mm2855mm、质量约25t、噪声为85dB。加工精度同一轴上轮对直径差0.40mm、径向跳动0.25mm、端面跳动0.25mm、轮廓度0.30mm、表面粗糙度Ra12.5m。55由液压系统操作,操作方便;采用电机和轮毂双制动系统,制动距离短,在慢速驱动模式
29、下,120t牵引负载的制动距离不大于50mm。牵引车报警系统完整,有闪光警示、喇叭、手动脚踏双重制动等数十种安全措施,还有故障显示,电能消耗显示等。牵引车自带自动充电装置和蓄电池容量显示装置,可实现远程无线遥控。【知识链接】公铁两用牵引车属于不落轮镟床的附属设备,它是一种既能在轨道上又能在平地上行走的两用牵引车,主要用于牵引列车至机床加工区域。它以高性能蓄电池为动力,前端装有自动车钩,除用于不落轮镟床外,还适用于车辆段内及检修车间室内的牵引调车作业。该设备的特点是:牵引力大,在120t的负载下可连续工作2h以上;公路/铁路模式转换方便可靠;采用直流电动机驱动,可无级调速,启动平稳;具有自动挂钩
30、、脱钩功能,操作简单,工作效率高;蓄电池箱整体移动5657任务3不落轮镟床的操作与应用【活动场景】在不落轮镟床设备的使用现场教学,对操作设备的劳动保护用品穿戴要求、设备用前检查、安全注意事项、操作步骤及方式进行演示、讲解。【任务要求】掌握不落轮镟床设备的操作方法及车辆轮对镟修作业的工作流程。58【知识准备】1.轮对镟修作业的工作流程(1)列车牵引定位作业流程由于不落轮镟床设备所在库房的轨道线路上无接触网,待镟修的地铁车辆必须由内燃机车推送至相应轨道,而后由配套使用的公铁两用牵引车牵引地铁车辆运行和定位。操作公铁两用车与待镟修的车辆联挂,等待机床操作员发出解锁指令。机床操作员须确认:a.活动轨已
31、连接;b.摩擦驱动轮支撑臂已复位;c.外轴箱支承装置已复位;d.下压装置已复位;e.列车待加工位置已确定。59确认无误后,向公铁两用牵引车操作员发出“通过”响应信号。牵引车操作员使用遥控单元牵引地铁车辆匀速通过机床上方加工区域,将列车待加工位置的轮对轴箱停靠于机床上方正确位置,而后关闭遥控单元。列车就位后,及时在牵引车及列车两侧醒目位置放置“禁动牌”。镟修完毕,镟床操作员再次确认所有运动部件已正常复位,发出解锁指令后,告知相关人员撤除“禁动牌”,通知牵引车操作员牵车作业。牵引车操作员开启遥控单元,遥控牵引地铁车辆限速退出整个机床上方的加工区域,为待镟修车辆加装防溜措施后,操作公铁两用牵引车脱钩
32、并回到库内安全位置停放。(2)轮对切削加工作业流程镟床的操作人员通常根据车辆镟轮作业的技术要求,在待修地铁车辆的相应轮对在机床上初步定位后,开始对轮对进行切削加工,具体镟修流程如图3.19所示。60图3.19轮对镟修作业流程图61应的专用工作界面。装载界面。它是系统用来控制机床对待加工列车或标准(单轴)轮对进行装载作业而设定的工作界面。当列车轮对在镟床上对位后,操作者可在此界面下,根据系统提示进行操作,通过外轴箱支撑装置和压下装置对轮对轴箱定位。(3)不落轮镟床操作在加工过程中,镟床操作员要掌握各个工作界面的功能,对每一步骤熟练操作。人机界面。它是进入各个专用工作界面的基础。此界面可通过单击主
33、菜单中的控制子菜单进入。在该工作界面下,输入一般用户代码,打开机车车型菜单,根据菜单提示、输入待加工电客车相关数据并加以保存,还要根据列车实际轴重选择工作压力,然后进入后面相62相应操作,整个作业程序在不落轮镟床系统自动监控下进行。测量界面。它又分为加工前测量与加工后测量两种工作界面,是系统用来控制机床对待加工列车或标准(单轴)轮对进行加工前与加工后的测量作业而设定的工作界面。加工前测得的数据为加工前轮对的原始尺寸;加工后所测得的数据为轮对经镟修加工作业后的结果尺寸。加工界面。它是系统用来控制机床对待加工列车轮对进行镟修加工作业而设定的工作界面。进入该界面进行加工时,参考测量数据并结合车轮实际
34、磨损情况合理选用切削用量。卸载界面。它是系统用来指令机床对轮对退出定位(卸载作业)而设定的工作界面。在上述各界面,操作者可依据系统提示进行632.轮对的镟修过程由公铁两用车牵引车辆的车轴中心至镟床的中心位置上,镟床根据不同类型的转向架在轮对两侧各有一对具有调节作用的摩擦驱动滚轮,作为车辆的车轴中心定位装置,并在液压升降支撑装置的作用下,根据轴的承重情况将轮对车轴提升110mm。在对轮对内侧定位的基础上,通过上压板机械液压装置压住不同类型轴箱体的上端,以将车轴固定在下压板支撑装置上完成车轴的轴向定位。辅助接头导轨在液压系统的作用下,会通过系统自动沿铁轨一侧平行移动,使得在两个摩擦驱动轮之间留出给
35、设备进行测量和加工的空余位置。在设备的X轴向移动的溜板上装有接触式RENISHAW踏面形状测量装置、精车刀柄、粗车刀柄以及滚轮式轮径测量装置,在经过对轮对轮缘高度、轮缘厚度、踏面中径的测量后,所采集的数据将作为X、Z轴的加工工艺零点。4个独立升降系统的摩擦驱动轮以最小的转矩旋转带动轮对转动,X、Z轴根据所测量的数据就可以按照数控系统的设计程序进行加工。64在加工中分别采用粗车刀和精车刀两套刀柄系统,并采用编码器作为位置环的测量。在粗车刀和精车刀两套刀柄上又装有两片刀片,先粗车后精车,在经过两次车削后就能分别完成轮对的直径、车轮内侧面和外侧面加工。在完成加工后系统会对轮对进行自动测量,内容包括:
36、轮缘的高度、轮缘的厚度、轮对的椭圆度、轮对的跳动、轮对直径的实际尺寸以及内侧面之间的距离。在测量轮对直径的实际尺寸时,是采用一种滚轮式的直径测量轮装置,直径轮与轮对接触后进行相对旋转测量出圆周,最终确定直径尺寸。直径轮的直径是已经预先调整好的,轮对的两边是同时加工完成,从而确保它的一致性。653.轮对镟修标准(1)镟修前检查轮对外观状态检查及对应尺寸限度有下列情况之一时,须进行镟轮修理:车轮轮缘、踏面有裂纹、缺损;车轮踏面上粘有熔化金属;Sd(轮缘厚度)32mm;qR(轮缘边缘斜度)3mm;车轮踏面擦伤及局部凹下深度1mm;车轮踏面剥离长度1处20mm或2处且任何1处10mm;样板检测轮缘角处
37、的间隙0.5mm;同一轮对的两车轮轮径差2mm;66 同一转向架的轮径差4mm; 同一节车的轮径差7mm; 轮辋宽140mm。(2)镟修后技术要求车轮踏面及轮缘须按磨耗型(LM型)踏面的外形镟修及测量,全面镟修后,轮缘厚度及高度须符合规定要求,即:qR值须大于7.0mm;轮缘高度为(271)mm;轮缘厚度须镟至26mm及以上但不得超过33mm;同一轮对的两车轮直径差不得大于0.5mm,同一转向架轮径值差不得大于2mm,同一节车轮径值差不得大于4mm;车轮踏面及轮缘有超标的剥离、擦伤、裂纹、缺损、局部凹下等缺陷必须全部消除。(3)等级镟修车辆轮对表面擦伤、轮缘磨耗等诸多轮对损伤情况时有发生,使得
38、轮对镟修工作变得日益繁重,轮对加工的复杂性也随之增加。据统计,由于轮缘异常磨耗引起的qR值超标现象一直有增无减,因为轮缘67异常磨耗引起qR值超标所造成的镟修轮对数量,占镟修轮对总数的47%左右。经过一段时期的镟修工作,仅采用原有的轮缘厚32mm标准模板的镟修工艺,平均每个轮对每次直径的切削量达17.21mm,不仅损失巨大,效率低下,而且难以满足现有车辆的镟修要求,更不利于地铁车辆轮对的经济镟修,在此情况下,一种新型的加工工艺“等级镟修”工艺应运而生。依据轮对的相关标准,在原有32mm标准模板的基础上,增加3种轮缘厚度加工模板(26、28、30mm),并在不落轮镟床加工程序中增加了3种廓型的加
39、工程序,依据车辆轮对轮缘的实际磨损状况,结合相关测量参数,对地铁车辆轮对施行分级镟修。68对在进行镟修时具备更多的灵活性,采用此方法进行镟修作业,可以最大限度地减少车轮轮径的镟修量,2007年下半年,采用等级镟修的128个轮对,直径平均切削量仅为1.83mm,加工效率提高了3倍,极大地延长了车轮的使用寿命,减少了经济损失。在没有采用等级镟修的方法前,是牺牲轮径(踏面)保轮缘,而采用等级镟修,是合理地镟修轮缘保轮径。在加工时,将不落轮镟床所测的待镟轮径参数和轮缘厚度,按照不同厚度模板进行匹配,这样就使得轮69【任务实施】7071727374【安全提示】(1)不得利用不落轮镟床做镟削轮对以外的其他
40、用途。(2)操作不落轮镟床时,应保证在不落轮镟床上的被加工车辆或轮对的质量不能超过允许的最大载荷,在装载负载的时候操作人员要注意液压指示仪表的压力变化。(3)在启动机床前,必须保证防护门闭合,其他操作人员停留在安全区域,只有当轮对停止后才能打开防护门。(4)装载负载之前,操作人员要检查压爪和顶铁处的受力面是否平整干净,如有异物会影响轮对的受力平衡,要先清理异物才能继续操作。(5)在启动摩擦驱动轮前,应确保轮对正确装载好。75(6)设备在工作时,身体不应靠近旋转部分,严禁将头、手伸入加工区域、刀架测量等活动区域。(7)车削过程中如果出现焖车、打刀、轮对打滑或其他意外情况,应立即退刀,执行开门的操
41、作,更换刀片后关门并将操作者保护钥匙开关选择到关的状态,重新定位刀具,使其回到断点继续加工。(8)在更换刀具时必须将排屑器关闭,防止刀片落入碎屑机中打刀,换刀完成后手动开启排屑器。(9)清理铁屑时须将测量装置区域内清理干净,防止铁屑进入测量装置。(10)活动轨道不能长期负重,如果列车(轮对或转向架)当天没有加工完毕,应将列车(轮对或转向架)牵出到镟床工作区域以外的位置。(11)操作人员应爱护不落轮镟床,每天对其进行日常的保养与清洁,保持设备功能正常及整洁。76【注意】作业前准备及注意事项:(1)查看电柜门是否关闭。(2)检查不落轮镟床轨道系统和所在线路轨道的钢轨连接处,线路是否出清,设备有无超
42、限。(3)列车所有制动处于稳定缓解状态才能进入活动轨道。(4)检查不落轮镟床两侧的信号灯的指示是否正常。(5)清洁摩擦驱动轮上的油污,防止轮对打滑。(6)检查刀架与刀粒是否完好。(7)检查各急停按钮动作是否正常。(8)检查公铁两用车与遥控器电量是否充足。(9)检查公铁两用车与遥控器功能是否完好,控制是否灵活。(10)如果需要对讲机进行工作联络,事先要检查对讲机通信功能是否良好。(11)进行正式镟修操作前,先启动液压系统进行热机并在手动模式下空载试机,才能进行镟修作业。77【知识链接】日常保养:(1)完成切削工作后应清除镟床上的铁屑,清理润滑机床。(2)检查镟床各部的紧固件确保无松动。(3)检查
43、排屑器工作状态,铁屑容器是否排空。(4)检查空压机工作状态。78(5)检查润滑装置、液压装置中的油量,不足时补充。(6)检查液压油冷却系统工作状态,在热交换器上检查液压装置的油温。(7)检查轮对测量装置工作状态。(8)清洁光电反射器。(9)检查刀杆和刀架的状态,更换磨损或破坏的刀片。(10)检查管道、软管、汽缸、阀门联接状态,无泄漏。(11)空载试机,查看各部件动作状态。7980任务4不落轮镟床的安装与调试【活动场景】在不落轮镟床设备的安装、调试或使用现场教学,对设备调试、维修中常见数控系统、机械系统、电气系统故障进行分析,总结故障原因。【任务要求】掌握不落轮镟床设备安装与常见故障排除方法。8
44、1【知识准备】1.设备安装位置选址不落轮镟床设计位置的选择应充分考虑以下几个因素,并结合土建工程的实际,以满足配属机车轮对镟削工艺的技术要求:(1)设置位置一般应满足整列6节编组列车在库内镟削全部轮对需要。(2)选址处的基础坑应充分利用既有库建筑基础结构的尺寸及其应力影响的范围。(3)不落轮镟床在布置上较为紧凑,单独设置配电间及工具备品间,以电缆地沟形式将缆线引入设备配电箱内,并单独存放与设备配套的各种工具、备品备件。822.基础坑结构的设计不落轮镟车床的基础采用低于地面的坑式结构,在设计中,设定检修库内线路轨顶面标高为0.00(m),设备本身安装后大部分处于轨面以下并通过12处地脚螺栓固定于
45、基础之上。基础设计等级采用丙级,钢筋混凝土强度等级采用C25,混凝土保护层厚度按40mm设计。主要建筑结构做法中基础坑板底采用37灰土整片换填,换填深度1.0m,其下用素土换填,换填深度不小于2.0m并宽出基础外缘1.0m,同时换填土层要求置于稳定的原状土层中,其压实系数不小于0.97,换填后地基承载力不小于180kPa。基础底部采用C15混凝土垫层,厚度100mm。另外,应根据设备订购厂家提供的基础图纸,核对后再准确留设预埋件及螺栓等配件。上述建筑做法基本符合本工程的实际情况。833.设备配电的要求不落轮镟床通常采用具有保护接地的380V/50Hz三相交流电源供电,总容量约75kVA。主要用
46、电组成包括2套主电机、4套交流伺服电机、1套液压泵电机及1套机床照明系统。供配电设计中对扩建机车检修库内各项用电设备进行统一的规划与布局,库内配电时进行统一布线,由合适的外部电源入库后分别引入各设备或其配电箱(柜)内。不落轮镟车床的电源引入放置其配电箱的辅助分间内,配电箱与联接车床本体之间的电力电缆、控制电缆均铺设于基础坑与配电箱之间设计的电缆地沟内(截面为400mm400mm)。此外,扩建车库内设置必需的照明设施,与机床本身自带的照明系统协同为机床的工作与维护提供了良好的照明条件。844.设备常见故障由外部硬件损坏引起的故障属于数控机床常见故障,一般多为检测开关、液压系统、气动系统、电气执行
47、元件、机械装置等出现问题而引起。数控系统故障中常见的故障部位及现象如下:位置环:位控环报警、位控单元故障、测量元件故障等。伺服驱动系统:电压波动、冲击造成系统损坏;速度环开环造成无控制指令而电机高速运转;保险烧断(一般是机械负载过大或卡死,如不落轮镟床断屑、输送系统,常因铁屑堵塞卡死而产生保护动作)等。85所以发生故障的可能性就比较多。其他:因环境条件如干扰、温度、湿度超过允许范围,操作不当,参数设定不当,也可能造成停机或故障。电源部分:电源波动、质量差,高频脉冲干扰,突然拉闸断电等原因都可造成电源故障监控或损坏。可编程序控制器逻辑接口:数控系统的逻辑控制,如刀具管理、液压启动等,主要由PLC
48、来实现,要完成这些控制就必须采集各控制点的状态信息,如断路器、伺服阀、指示灯等各种信号源和执行元件,865.故障诊断处理外部故障诊断,一是熟练掌握工作原理和动作顺序,二是要熟练运用PLC梯图,利用NC系统的状态显示功能或用机外编程器监测PLC的运行状态确定故障点。数控系统的故障诊断则包括:初步判别:分析资料或采取接口信号法,判别可能发生故障的部位并逐个部位检查。报警处理:第一是系统报警的处理。数控系统发生故障时,一般在显示屏或操作面板上会给出故障信号和相应的信息。操作手册中有对应的报警号、报警内容和处理方法。第二是机床报警和操作信息的处理。应用PLC程序,厂家将一些能反映机床接口电气控制方面的
49、故障或操作信息通过显示器给出,并可通过特定键,看到更详尽的报警说明。这类报警可根据厂家故障排除手册处理,或查询相应的信号状态,按逻辑关系找出故障点进行处理。87无报警或无法报警的故障处理:当系统的PLC无法运行,系统停机或工作不正常时,则需进一步用感官来了解设备状态,最重要的是向操作人员问询故障发生的前因后果,如:故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现;出现的次数,第一次还是已发生多次;其他人员是否对机床进行了修理和调整;请修时的故障现象与现场的情况是否有差别等。这时需根据故障发生前后的系统状态信息,运用已掌握的理论基础进行分析,作出正确判断。总之,不落轮镟床设备的使用对于城市轨道交通检修作业
50、中有效提高劳动生产率、提升车辆检修与运用效率、降低生产人员作业强度、节约维护成本均具有重要意义,而现有国内部分已配备该设备的机务段在实际生产中均收到了较好的使用效果。所以,应积极大力推广这一新技术装备在城市轨道交通检修作业中的运用,从而更好地服务于地铁运营事业。88【任务实施】不落轮镟床集数控机床技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术等技术于一体,是高度机电一体化的典型产品。作为一台数控设备,它同样是一种过程控制设备,任何部分的故障与失效,都可能会使机床停机。因此,使用好数控机床是一个很重要的问题,而维护与及时修复故障更是不容忽视。下面就以该设备的一些常见故障为例,来探讨不
