CN107560582A

CN107560582A - 一种火车轴径自动化测量装置

Info

Publication number: CN107560582A
Application number: CN201710743979.5A
Authority: CN
Inventors: 王洪喜; 武贝贝; 王冠伟; 梁文宏; 贾建军; 王亚晓; 田慧慧
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xian Technological University
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明涉及铁路车辆车轴检测技术领域，具体涉及一种火车轴径自动化测量装置。本发明的火车轴轴径自动化测量装置具有测量自动化、测量精度高、测量效率高、能耗低、结构简单等特点。本发明的技术方案包括机座、支撑系统、摩擦驱动系统、进给系统、浮动测头、轴向定位系统、显示屏和工控机；摩擦驱动系统与进给系统通过螺纹设置于机座的两侧，待测轴设置于支撑系统上，通过轴向定位系统定位，浮动测头通过螺纹设置于进给系统中的横梁上，支撑系统和轴向定位系统分别通过螺纹固定设置于机座上。

Description

一种火车轴径自动化测量装置

技术领域

本发明涉及铁路车辆车轴检测技术领域，具体涉及一种火车轴径自动化测量装置，其适用于火车车轴轴径的自动化测量。

背景技术

伴随着火车“高速,重载”的发展趋势,不论是新加工车轴，还是车轴的检修，对火车轴加工的精度和效率都提出了更高的要求。到目前为止，对于火车轴的自动化检测设备在工厂中没有较好的推广,大部分的车辆厂、段仍采用传统的手工检测方式，如千分尺等。这些测量器读数都是靠人工读取刻度,所读数值因人而异,不可避免的带有误差,结果导致多次测量的重复性不好。造成检测效率低、精度差、一致性差等问题。

目前国内火车轴径自动化测量设备大多采用顶尖定位结构，但因车轴的重量较大(如RE2B车轴重量为451kg)，需要大功率的电机保证顶尖夹紧车轴；采用油缸方式支撑车轴，如石家庄南车铁龙机电有限公司在2008年申请的车轴自动检测机专利(CN200820076815)、北京新联铁科技发展有限公司于2011年申请的车轴自动测量机专利(CN201120317643)，这将造成测量装置相对笨重、成本高、能耗大。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种自动化测量、测量精度高、测量效率高且节能的接触式火车轴径自动化测量装置。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：包括机座、支撑系统、摩擦驱动系统、进给系统、浮动测头、轴向定位系统、显示屏和工控机；摩擦驱动系统与进给系统通过螺纹设置于机座的两侧，待测轴设置于支撑系统上，通过轴向定位系统定位，浮动测头通过螺纹设置于进给系统中的横梁上，支撑系统和轴向定位系统分别通过螺纹固定设置于机座上。

所述的支撑系统的结构包括“V”型架，所述的“V”型架的顶部两边内侧分别设置有调心滚动轴承。

所述的摩擦驱动系统的结构包括电机安装座、电机、减速器、主动轮、从动轮、滚动导轨和拉伸弹簧，所述的电机与减速器连接，设置于电机安装座上，减速器的输出轴上设有主动轮，主动轮上套设有同步带，同步带的另一端套设于从动轮，主动轮通过同步带与从动轮连接，从动轮设置于连接装置上，连接装置通过拉伸弹簧I与调节螺钉连接，所述的连接装置设置于滚动导轨上。

所述的进给系统的结构包括径向进给系统和轴向进给系统，所述的径向进给系统包括进给气缸、推板、底座支架、滚动导轨副I，所述的滚动导轨副I平行设置有两个，每个滚动导轨副I上连接有底座支架，两个底座支架的一侧面通过推板连接，推板与两个底座支架通过连接杆连接，所述的进给气缸活塞端铰接于推板上，另一端通过气缸端盖单耳支座固定于机座上；所述的轴向进给系统包括滚珠丝杠副、角铁、工作台I、工作台II、滚动导轨副II,所述的滚动导轨副II平行设置有两个，每个滚动导轨副II通过螺纹设置在工作台II上，所述的滚珠丝杠副通过螺纹设置在工作台II上，介于两滚动导轨副II之间，所述的工作台I通过角铁与两滚动导轨副II、滚珠丝杠副连接成台阶状。

所述的浮动测头的结构包括传感器安装座，传感器安装座的纵向边内侧设置有与其横边相平行的测杆I和测杆II，所述的测杆I和测杆II通过燕尾导轨滑块与传感器安装座滑动连接，所述的传感器安装座横向边的端部设置有与其垂直的笔式位移传感器，所述的笔式位移传感器与测杆I相接，测杆I与燕尾导轨滑块通过柔性导向机构I连接，所述的传感器安装座纵向边的外侧设置有重力平衡板，重力平衡板的内侧设置有柔性导向机构II，柔性导向机构II通过拉伸弹簧II与重力平衡板连接。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明采用滚动轴承V形架与轴向定位系统来保证待测车轴放置在指定工位，工控机控制电机旋转，通过同步带与车轴之间的摩擦力带动车轴旋转，调节拉伸弹簧的伸长来调节同步带的张紧力，避免同步带与车轴打滑；

本发明的定位及旋转方式避免了现有的顶尖定位机构造成测量装置相对笨重的不足,大大减小了电机功率，实现了节能的效果；

本发明采用了四组浮动测头，可同时测量待测件轴颈及轮座部位，系统采用气缸驱动实现测头的进退，利用滚珠丝杠副带动测头进行轴向移动，实现不同轴截面的测量；浮动测头可以补偿车轴在旋转过程中产生轻微的上下浮动，达到提高测量精度的目的；

本发明的火车轴轴径自动化测量装置具有测量自动化、测量精度高、测量效率高、能耗低、结构简单等特点。

附图说明

图1为本发明火车轴径自动化测量装置机械结构示意图；

图2为本发明火车轴径自动化测量装置三维轴测图；

图3为本发明支撑系统机械结构示意图

图4为本发明摩擦驱动系统原理图

图5为本发明摩擦驱动系统的三维轴测图；

图6为本发明进给系统三维轴测图；

图7为本发明进给系统原理图；

图8为本发明浮动测头三维轴测图；

图9为本发明浮动测头原理图；

图10为本发明自动控制系统原理图；

图中：1、机座，2、支撑系统，其包括：2-1、调动滚动轴承，2-2、V形架，3、摩擦驱动系统，其包括：3-1、步进电机，3-2、电机安装座，3-3、同步带，3-4主动轮，3-5、从动轮，3-6、连接装置，3-7、滚动导轨，3-8、拉伸弹簧I，3-9、调节螺钉，3-10、减速器；4、进给系统，其包括：4-1、气缸端盖单耳支座，4-2、进给气缸，4-3、双耳铰链支座，4-4、连接杆，4-5、滚动导轨副I，4-6、滚珠丝杠副，4-7、底座支架，4-8、角铁，4-9、工作台I，4-10、推板，4-11、工作台II，4-12、滚动导轨副II，5、浮动测头，其包括：5-1、测杆I，5-2、柔性导向机构I，5-3、燕尾导轨，5-4、笔式位移传感器，5-5、传感器安装座，5-6、重力平衡板，5-7、柔性导向机构II，5-8、拉伸弹簧II，5-9、测杆II，5-10、燕尾导轨滑块，6、待测轴，7、轴向定位系统，8、显示屏,9、工控机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2：一种火车轴径自动化测量装置，包括机座1、支撑系统2、摩擦驱动系统3、进给系统4、浮动测头5、轴向定位系统7、显示屏8和工控机9；待测轴6放置在支撑系统2上，通过轴向定位系统7确定待测轴安放位置，支撑系统2和轴向定位系统7分别通过螺纹固定设置于机座1上，浮动测头5通过螺纹连接安装在进给系统4中的横梁4-9上，支撑系统2和轴向定位系统7分别通过螺纹连接固定在机座1上，摩擦驱动系统3与进给系统4通过螺纹连接分别安装在机座1的两侧。

本发明的旋转系统包括支撑系统2和摩擦驱动系统3(参见图3-图5)，支撑系统2的结构包括“V”型架2-2，所述的“V”型架2-2的顶部两边内侧分别设置有可调心滚动轴承2-1；所述的摩擦驱动系统3的结构包括电机安装座3-2、电机3-1、主动轮3-4、从动轮3-5、滑动导轨3-7和拉伸弹簧3-8，所述的电机3-1与减速机3-10设置于电机安装座3-2上，减速器3-10轴上安装有主动轮3-4，上有同步带3-3，同步带3-3的另一端与从动轮3-5连接，从动轮3-5设置于连接装置3-6上，连接装置3-6通过拉伸弹簧I3-8与调节螺钉3-9连接，所述的连接装置3-6设置于滚动导轨3-7上，通过调节螺钉3-9调节同步带的张紧，来调节同步带3-3与车轴6的摩擦力，从而实现车轴稳定转动，可提高摩擦驱动待测轴旋转的效果。

本发明的进给系统4(参见图6)的结构包括径向进给系统和轴向进给系统，所述的径向进给系统包括进给气缸4-2、推板4-10、底座支架4-7、滚动导轨副I4-5，所述的滚动导轨副I4-5平行设置有两个，每个滚动导轨副I4-5上连接有底座支架4-7，两个底座支架4-7的一侧面通过推板4-10连接，推板4-10与两个底座支架4-7通过连接杆4-4连接，所述的进给气缸4-2活塞端通过铰接方式连接于推板4-10上，另一端通过气缸端盖单耳支座4-1固定于机座1上；所述的轴向进给系统包括滚珠丝杠副4-6、角铁4-8、工作台I4-9、工作台II4-11、滚动导轨副II4-12,所述的滚动导轨副II4-12平行设置有两个，每个滚动导轨副II4-12通过螺纹设置在工作台II4-11上，所述的滚珠丝杠副4-6通过螺纹设置在工作台II4-11上，介于两滚动导轨副II4-12之间，所述的工作台I4-9通过角铁4-8与两滚动导轨副II4-12、滚珠丝杠副4-6连接成台阶状。

所述的浮动测头5的结构(参见图8和图9)包括传感器安装座5-5，传感器安装座5-5的纵向边内侧设置有与其横边相平行的测杆I5-1和测杆II5-9，所述的测杆II5-9通过燕尾导轨滑块5-10与传感器安装座5-5滑动连接，所述的传感器安装座5-5横向边的端部设置有与其垂直的笔式位移传感器5-4，所述的笔式位移传感器5-4与测杆I5-1相接处，测杆I5-1与燕尾导轨滑块5-10通过柔性导向机构I5-2连接，所述的传感器安装座5-5纵向边的外侧设置有重力平衡板5-6，重力平衡板5-6的内侧设置有柔性导向机构II5-7，柔性导向机构II5-7通过拉伸弹簧II5-8与重力平衡板5-6连接；上述结构可以确保测杆5-1和5-9与被测车轴6保持良好接触。

测杆有两支，测杆I5-1通过轴固定座安装在柔性导向机构I5-2上，笔式位移传感器5-4通过测量安装在燕尾导轨5-4上的柔性导向机构I5-2的位移变化来采集数据，测杆II5-9通过轴固定座安装在燕尾导轨5-3的滑块5-10上，测杆II5-9沿着燕尾导轨移动可用来调整测量范围，本发明采用滚动轴承V型支架支撑车轴，利用带传动方式通过摩擦驱动待测轴旋转，由于在旋转过程中待测轴会产生轻微地上下浮动，这将会影响轴径测量的精度，对此在燕尾导轨上安装柔性导向机构II5-7，在柔性导向机构II5-7的上端依次连接拉伸弹簧II5-8、重力平衡板5-6，次结构可以保证测杆5-1和5-9始终与车轴保持接触，实现直径精密测量。

本发明采用四组精密测头可测量多个轴截面，使测量装置达到高效率、高精度的测量。

本发明的自动控制系统(参见图10)，在工控机9控制下，步进电机与气缸处于工作状态，通过位移传感器5-4采集数据信号，经过信号处理后输送至工控机9，最后显示在显示屏8上。

本发明的工作原理为：首先将待测轴6放置在支撑系统2上，与支撑系统2中的两滚动轴承2-1保持相接触，并通过轴向定位系统7确定待测轴6轴向位置；然后在工控机9控制下，进给气缸4-2驱动浮动测头5进行径向进给运动直至到达测量位置，在工控机9控制下，电机3-1处于工作状态，从而使得摩擦驱动系统3进入工作模式，通过摩擦驱动待测轴6旋转，通过位移传感器5-4采集数据信号；完成一个截面测量后，进给气缸4-2退回原位，轴向进给电机带动测头轴向移动到下一个测量位置后，进给气缸4-2再次带动测头5进入测量位置，重复上述测量过程，由此完成不同截面的测量运动；测量完成后经过信号处理传送至工控机9，最后在显示屏8上可获得数据。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：包括机座(1)、支撑系统(2)、摩擦驱动系统(3)、进给系统(4)、浮动测头(5)、轴向定位系统(7)、显示屏(8)和工控机(9)；摩擦驱动系统(3)与进给系统(4)通过螺纹设置于机座(1)的两侧，待测轴(6)设置于支撑系统(2)上，通过轴向定位系统(7)定位，浮动测头(5)通过螺纹设置于进给系统(4)中的横梁(4-9)上，支撑系统(2)和轴向定位系统(7)分别通过螺纹固定设置于机座(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：所述的支撑系统(2)的结构包括“V”型架(2-2)，所述的“V”型架(2-2)的顶部两边内侧分别设置有调心滚动轴承(2-1)。

3.根据权利要求1或2所述的一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：所述的摩擦驱动系统(3)的结构包括电机安装座(3-2)、电机(3-1)、减速器(3-10)、主动轮(3-4)、从动轮(3-5)、滚动导轨(3-7)和拉伸弹簧(3-8)，所述的电机(3-1)与减速器(3-10)连接，设置于电机安装座(3-2)上，减速器(3-10)的输出轴上设有主动轮(3-4)，主动轮上套设有同步带(3-3)，同步带(3-3)的另一端套设于从动轮(3-5)，主动轮(3-4)通过同步带(3-3)与从动轮(3-5)连接，从动轮(3-5)设置于连接装置(3-6)上，连接装置(3-6)通过拉伸弹簧I(3-8)与调节螺钉(3-9)连接，所述的连接装置(3-6)设置于滚动导轨(3-7)上。

4.根据权利要求3所述的一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：所述的进给系统(4)的结构包括径向进给系统和轴向进给系统，所述的径向进给系统包括进给气缸(4-2)、推板(4-10)、底座支架(4-7)、滚动导轨副I(4-5)，所述的滚动导轨副I(4-5)平行设置有两个，每个滚动导轨副I(4-5)上连接有底座支架(4-7)，两个底座支架(4-7)的一侧面通过推板(4-10)连接，推板(4-10)与两个底座支架(4-7)通过连接杆(4-4)连接，所述的进给气缸(4-2)活塞端铰接于推板(4-10)上，另一端通过气缸端盖单耳支座(4-1)固定于机座(1)上；所述的轴向进给系统包括滚珠丝杠副(4-6)、角铁(4-8)、工作台I(4-9)、工作台II(4-11)、滚动导轨副II(4-12),所述的滚动导轨副II(4-12)平行设置有两个，每个滚动导轨副II(4-12)通过螺纹设置在工作台II(4-11)上，所述的滚珠丝杠副(4-6)通过螺纹设置在工作台II(4-11)上，介于两滚动导轨副II(4-12)之间，所述的工作台I(4-9)通过角铁(4-8)与两滚动导轨副II(4-12)、滚珠丝杠副(4-6)连接成台阶状。

5.根据权利要求4所述的一种火车轴径自动化测量装置，其特征在于：所述的浮动测头(5)的结构包括传感器安装座(5-5)，传感器安装座(5-5)的纵向边内侧设置有与其横边相平行的测杆I(5-1)和测杆II(5-9)，所述的测杆I(5-1)和测杆II(5-9)通过燕尾导轨滑块(5-10)与传感器安装座(5-5)滑动连接，所述的传感器安装座(5-5)横向边的端部设置有与其垂直的笔式位移传感器(5-4)，所述的笔式位移传感器(5-4)与测杆I(5-1)相接，测杆I(5-1)与燕尾导轨滑块(5-10)通过柔性导向机构I(5-2)连接，所述的传感器安装座(5-5)纵向边的外侧设置有重力平衡板(5-6)，重力平衡板(5-6)的内侧设置有柔性导向机构II(5-7)，柔性导向机构II(5-7)通过拉伸弹簧II(5-8)与重力平衡板(5-6)连接。