CN108754494A - 轨道车辆齿轮箱箱体修复设备及修复方法 - Google Patents

轨道车辆齿轮箱箱体修复设备及修复方法 Download PDF

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Abstract

轨道车辆齿轮箱箱体修复设备及修复方法属于轨道车辆关键零部件的修复技术领域，目的在于解决现有修复技术修复质量差、精度低、通用性差、自动化程度低以及生产效率低的问题。本发明的修复设备包括：支撑单元；位于支撑单元上方的修复单元，对待修复齿轮箱裂痕进行熔覆修复；固定在修复单元修复输出端的扫描单元，对待修复齿轮箱进行扫描；以及控制单元，控制单元根据扫描单元获得的待修复齿轮箱表面信息与参考齿轮箱模型进行对比控制修复单元按照生成的修复路径对待修复齿轮箱进行修复。本发明修复方法以激光作为热源，利用激光熔覆组织快速冷凝的典型特征，在齿轮箱受损表面直接熔覆高强度、高耐磨性的金属材料。

Description

轨道车辆齿轮箱箱体修复设备及修复方法
技术领域
本发明属于轨道车辆关键零部件的修复技术领域，具体涉及一种轨道车辆齿轮箱箱体修复设备及修复方法。
背景技术
齿轮箱是轨道车辆中将牵引电机的输出扭矩传递给动车轮对的传动装置，是轨道车辆牵引传动装置中重要的传动部件，其运转状况直接关系到车辆的运行安全。齿轮箱一般安装在车辆转向架构架上，由于长期受列车运行过程中振动、牵引、及制动的影响，以及复杂恶劣的外部工作环境，齿轮箱箱体易产生疲劳裂纹、表面损伤等失效问题，齿轮箱输出轴轴承孔由于磨损问题易产生相对滑动。上述故障的产生破坏了齿轮箱整体的密封性，加剧了配合零件的磨损，甚至报废，降低了精度，还增大了磨擦力，把大量能量转化成了无用的热能和噪声，降低了效率，严重的影响了列车的运行安全与可靠性。
针对轨道车辆齿轮箱的失效形式，列车检修时采用的方式有直接更换新箱体和修复两种方式。由于齿轮箱零件为传动机构关键零件，对其密封性、结构强度、尺寸精度要求较高，因此，目前主要采用直接更换新零件的方式进行车辆维修，大部分的受损箱体未经修复就直接报废。国内轨道车辆齿轮箱大多采用进口零件，齿轮箱的报废带来了巨大的经济浪费，因此，如何利用现有技术手段，恢复齿轮箱箱体的密封性、几何形状及力学性能，延长其使用寿命，减少更换新零件的费用，将产生巨大的经济效益。
当前，针对轨道车辆齿轮箱箱体的修复方法设备主要有电弧堆焊、激光熔覆、等离子焊、电子束焊等。其中使用最多且较成熟为电弧堆焊和等离子焊，但是这些方法在修复过程中热输入较大，易产生较大的热应力和热影响区，修复后表面成型较粗糙，还需进行二次加工，且加工余量大，易产生裂纹、气孔、熔塌等缺陷。电子束焊需要较高的真空度和专门的真空设备，修复成本较高。激光熔覆技术，以激光作为热源，不需要造价高昂的真空设备，具有较好的灵活性、可控性和精确的能量输入，是目前轨道车辆齿轮箱修复的一种经济可靠的柔性修复手段，但目前主要存在自动化程度低、效率低下、产品安装搬运频繁等问题。
发明内容
本发明的目的在于一种轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备及修复方法，解决现有修复技术修复质量差、精度低、通用性差、自动化程度低以及生产效率低的问题。
为实现上述目的，本发明的轨道车辆齿轮箱箱体修复设备包括：
支撑单元，待修复齿轮箱设置在所述支撑单元上；
位于所述支撑单元上方的修复单元，对待修复齿轮箱裂痕进行熔覆修复；
固定在所述修复单元修复输出端的扫描单元，对待修复齿轮箱进行扫描；
以及控制单元，所述控制单元根据扫描单元获得的待修复齿轮箱表面信息与参考齿轮箱模型进行对比控制修复单元按照生成的修复路径对待修复齿轮箱进行修复。
所述修复设备还包括打磨设备和清洗设备，通过打磨设备对待修复齿轮箱待修复部位表面进行打磨，通过所述清洗设备对打磨口的修复面进行清洗。
所述修复单元包括：
激光器；
工业机器人，所述工业机器人在空间六自由度方向运动；
固定在所述工业机器人端部的激光头，所述激光头通过光缆和激光器连接；
以及送粉器，所述送粉器通过连接管路和激光头的喷嘴处连接；
所述激光器、工业机器人和送粉器分别与控制单元电信连接。
所述送粉器包括送粉机本体和惰性气体输送单元，利用压缩惰性气体带动修复用的金属粉末，并将其输送至激光头喷嘴处。
所述激光器为光纤激光器或半导体激光器。
所述支撑单元包括工作台和设置在工作台上表面的可调支架，所述可调支架为多位置高度可调的支撑架。
所述可调支架包括分布在工作台上表面的多个伸缩气缸，多个所述伸缩气缸的运动方向垂直工作台上表面，待修复齿轮箱和多个伸缩气缸上端接触支撑。
所述控制单元为计算机；所述扫描单元为三维扫描仪，所述三维扫描仪和所述计算机电信连接。
基于轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备的修复方法包括以下步骤：
步骤一：对待修复齿轮箱的待修复部位进行表面处理，去除氧化层；
步骤二：将待修复齿轮箱拆分为上箱和下箱两部分，将待修复的上箱或下箱安装在可调支架上；
步骤三：调整可调支架位置高度，将上箱或下箱待修复面置于水平位置；
步骤四：通过三维扫描仪对待修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，并将获得的三维信息输送至计算机，并与参考齿轮箱模型对比，生成修复运动路径参数；
步骤五：通过所述激光器为激光头提供能源，通过所述送粉器将熔覆粉末材料送至激光头喷嘴，工业机器人根据计算机提供的修复运动路径参数带动激光头对齿轮箱箱体进行熔覆修复；
步骤六：通过三维扫描仪对经步骤五修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，计算机根据获得的三维信息与参考齿轮箱模型对比，判断是否合格，若不合格，执行步骤七，若合格执行步骤八；
步骤七：重复步骤四至步骤六，直到合格达到目标形状要求；
步骤八：完成激光熔覆后，对修复区域进行打磨及光整加工，恢复修复区表面光洁及平整，使其达到图纸要求；
步骤九：对完成激光熔覆修复的齿轮箱进行质量、装配检查，完成修复。
步骤一所述的对待修复齿轮箱的待修复部位进行表面处理具体为：采用打磨设备对待修复齿轮箱箱体的待修复部位打磨，去除氧化层，并进行平整加工，直至将待修复齿轮箱裂纹及受损部位打磨去除；并通过清洗设备对打磨后的表面进行清洗。
本发明的有益效果为：本发明的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备及修复方法以激光作为热源，利用激光熔覆组织快速冷凝的典型特征，在齿轮箱受损表面直接熔覆高强度、高耐磨性的金属材料，其热影响区较小、熔覆层与基体呈冶金结合，可以实现受损齿轮箱的绿色再制造。与现有技术相比，所述修复设备及修复方法具有较好的灵活性、可控性和精确的能量输入，修复过程热影响区小，修复后无裂纹、气孔等缺陷，实现了修复过程的自动化加工，提升了生产效率，而且缩减了废品率，为轨道车辆齿轮箱箱体的修复提供了经济可靠的柔性修复手段。
附图说明
图1为本发明的轨道车辆齿轮箱箱体修复设备整体结构示意图；
图2为本发明的轨道车辆齿轮箱箱体修复方法流程图；
其中：1、计算机，2、激光器，3、工业机器人，4、送粉器，5、激光头，6、三维扫描仪，7、待修复齿轮箱，8、可调支架，9、工作台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备包括：
支撑单元，待修复齿轮箱7设置在所述支撑单元上；
位于所述支撑单元上方的修复单元，对待修复齿轮箱7裂痕进行熔覆修复；
固定在所述修复单元修复输出端的扫描单元，对待修复齿轮箱7进行扫描；
以及控制单元，所述控制单元根据扫描单元获得的待修复齿轮箱7表面信息与参考齿轮箱模型进行对比控制修复单元按照生成的修复路径对待修复齿轮箱7进行修复。
所述修复设备还包括打磨设备和清洗设备，通过打磨设备对待修复齿轮箱7待修复部位表面进行打磨，通过所述清洗设备对打磨口的修复面进行清洗。
所述修复单元包括：
激光器2；
工业机器人3，所述工业机器人3在空间六自由度方向运动；
固定在所述工业机器人3端部的激光头5，所述激光头5通过光缆和激光器2连接；
以及送粉器4，所述送粉器4通过连接管路和激光头5的喷嘴处连接；
所述激光器2、工业机器人3和送粉器4分别与控制单元电信连接。
所述送粉器4包括送分机本体和惰性气体输送单元，利用压缩惰性气体带动修复用的金属粉末，并将其输送至激光头5喷嘴处。
所述激光器2为光纤激光器2或半导体激光器2。也可以是能够发出符合规定品质激光的激光器2来进行发射激光的工作，故本发明也意图包含这些技术方案。另外，除了工业机器人3以外，也可以使用多轴数控机床等其他运动控制设备来实现激光头5的空间运动，故本发明也意图包含这些技术方案。
所述支撑单元包括工作台9和设置在工作台9上表面的可调支架8，所述可调支架8为多位置高度可调的支撑架。
所述可调支架8包括分布在工作台9上表面的多个伸缩气缸，多个所述伸缩气缸的运动方向垂直工作台9上表面，待修复齿轮箱7和多个伸缩气缸上端接触支撑。
所述控制单元为计算机1。
所述扫描单元为三维扫描仪6，所述三维扫描仪6和所述控制单元电信连接。所述三维扫描仪6对轨道车辆待修复齿轮箱7的上箱或下箱进行三维扫描，并将待修复区域的三维几何信息发送给计算机1，计算机1通过与参考齿轮箱模型对比，生成工业机器人3扫描修复路径参数，所述工业机器人3根据计算机1提供的路径参数带动激光头5对齿轮箱箱体进行修复，利用所述激光器2为激光头5提供能源，以及所述送粉器4将熔覆粉末材料送至激光头5喷嘴，完成齿轮箱箱体裂纹、表面损伤或轴承孔磨损缺陷的修复。
参见附图2，基于轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备的修复方法包括以下步骤：
步骤一：对待修复齿轮箱7的待修复部位进行表面处理，去除氧化层；
步骤二：将待修复齿轮箱7拆分为上箱和下箱两部分，将待修复的上箱或下箱安装在可调支架8上；
步骤三：调整可调支架8位置高度，将上箱或下箱待修复面置于水平或其他易于对修复面进行加工的高度位置；
步骤四：通过三维扫描仪6对待修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，并将获得的三维信息输送至计算机1，并与参考齿轮箱模型对比，生成修复运动路径参数；
步骤五：通过所述激光器2为激光头5提供能源，通过所述送粉器4将熔覆粉末材料送至激光头5喷嘴，工业机器人3根据计算机1提供的修复运动路径参数带动激光头5对齿轮箱箱体进行熔覆修复；
步骤六：通过三维扫描仪6对经步骤五修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，计算机1根据获得的三维信息与参考齿轮箱模型对比，判断是否合格，若不合格，执行步骤七，若合格执行步骤八；
步骤七：重复步骤四至步骤六，直到合格达到目标形状要求；
步骤八：完成激光熔覆后，对修复区域进行打磨及光整加工，恢复修复区表面光洁及平整，使其达到图纸要求；
步骤九：对完成激光熔覆修复的齿轮箱进行质量、装配检查，完成修复。
当待修复部位为齿轮箱轴承孔时，步骤一中只需对轴承孔进行清洗操作。
步骤一所述的对待修复齿轮箱7的待修复部位进行表面处理具体为：采用打磨设备对待修复齿轮箱7箱体的待修复部位打磨，去除氧化层，并进行平整加工，直至将待修复齿轮箱7裂纹及受损部位打磨去除；并通过清洗设备对打磨后的表面进行清洗。

Claims (10)

1.轨道车辆齿轮箱箱体修复设备，其特征在于，包括：
支撑单元，待修复齿轮箱(7)设置在所述支撑单元上；
位于所述支撑单元上方的修复单元，对待修复齿轮箱(7)裂痕进行熔覆修复；
固定在所述修复单元修复输出端的扫描单元，对待修复齿轮箱(7)进行扫描；
以及控制单元，所述控制单元根据扫描单元获得的待修复齿轮箱(7)表面信息与参考齿轮箱模型进行对比控制修复单元按照生成的修复路径对待修复齿轮箱(7)进行修复。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述修复设备还包括打磨设备和清洗设备，通过打磨设备对待修复齿轮箱(7)待修复部位表面进行打磨，通过所述清洗设备对打磨口的修复面进行清洗。
3.根据权利要求1或2所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述修复单元包括：
激光器(2)；
工业机器人(3)，所述工业机器人(3)在空间六自由度方向运动；
固定在所述工业机器人(3)端部的激光头(5)，所述激光头(5)通过光缆和激光器(2)连接；
以及送粉器(4)，所述送粉器(4)通过连接管路和激光头(5)的喷嘴处连接；
所述激光器(2)、工业机器人(3)和送粉器(4)分别与控制单元电信连接。
4.根据权利要求3所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述送粉器(4)包括送粉机本体和惰性气体输送单元，利用压缩惰性气体带动修复用的金属粉末，并将其输送至激光头(5)喷嘴处。
5.根据权利要求3所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述激光器(2)为光纤激光器(2)或半导体激光器(2)。
6.根据权利要求1或2所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述支撑单元包括工作台(9)和设置在工作台(9)上表面的可调支架(8)，所述可调支架(8)为多位置高度可调的支撑架。
7.根据权利要求6所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述可调支架(8)包括分布在工作台(9)上表面的多个伸缩气缸，多个所述伸缩气缸的运动方向垂直工作台(9)上表面，待修复齿轮箱(7)和多个伸缩气缸上端接触支撑。
8.根据权利要求3所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备，其特征在于，所述控制单元为计算机(1)；所述扫描单元为三维扫描仪(6)，所述三维扫描仪(6)和所述计算机(1)电信连接。
9.基于权利要求1所述的轨道车辆齿轮箱箱体的修复设备的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对待修复齿轮箱(7)的待修复部位进行表面处理，去除氧化层；
步骤二：将待修复齿轮箱(7)拆分为上箱和下箱两部分，将待修复的上箱或下箱安装在可调支架(8)上；
步骤三：调整可调支架(8)位置高度，将上箱或下箱待修复面置于水平位置；
步骤四：通过三维扫描仪(6)对待修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，并将获得的三维信息输送至计算机(1)，并与参考齿轮箱模型对比，生成修复运动路径参数；
步骤五：通过所述激光器(2)为激光头(5)提供能源，通过所述送粉器(4)将熔覆粉末材料送至激光头(5)喷嘴，工业机器人(3)根据计算机(1)提供的修复运动路径参数带动激光头(5)对齿轮箱箱体进行熔覆修复；
步骤六：通过三维扫描仪(6)对经步骤五修复的上箱或下箱的待修复区域进行扫描，计算机(1)根据获得的三维信息与参考齿轮箱模型对比，判断是否合格，若不合格，执行步骤七，若合格执行步骤八；
步骤七：重复步骤四至步骤六，直到合格达到目标形状要求；
步骤八：完成激光熔覆后，对修复区域进行打磨及光整加工，恢复修复区表面光洁及平整，使其达到图纸要求；
步骤九：对完成激光熔覆修复的齿轮箱进行质量、装配检查，完成修复。
10.根据权利要求9所述的修复方法，其特征在于，步骤一所述的对待修复齿轮箱(7)的待修复部位进行表面处理具体为：采用打磨设备对待修复齿轮箱(7)箱体的待修复部位打磨，去除氧化层，并进行平整加工，直至将待修复齿轮箱(7)裂纹及受损部位打磨去除；并通过清洗设备对打磨后的表面进行清洗。
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