CN109317961A - 一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法，它解决了现有技术中工作效率较低、不能满足精度要求的问题，能够自动识别车轮位置，并实现对所有螺栓的自动拧紧，提高了生产效率及组装质量；其技术方案为：包括设备主体，所述设备主体包括能够沿竖直方向移动的主机箱体；主机箱体安装有可沿水平方向移动的电动拧紧装置，主机箱体固定有激光打标机和初始位置识别系统；主机箱体下方设有用于输送待拧紧工件的变距输送线体和用于控制待拧紧工件高度的升降系统；所述升降系统具有中心定位系统和反力卡紧机构，反力卡紧机构用于拧紧工件时对准螺栓与电动拧紧装置的位置。

Description

一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法

技术领域

本发明涉及一种拧紧设备，尤其涉及一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法。

背景技术

随着铁路车辆速度的提高和载重的增大，对制动的要求也越来越高。传统的单纯闸瓦制动方式已经不能满足要求，而盘式制动器中，作为摩擦副的制动盘结构，可根据制动的要求进行多种方案的选择，来满足制动力要求比较大的情况下制动的需求，因此盘式制动器在铁道车辆上得到迅速发展。

轮盘式结构作为制动盘安装的形式之一被得到广泛应用，以大功率机车、动车组等高速列车为代表。轮盘式是将制动盘安装在车轮上进行摩擦制动的一种安装方式，这种结构是将两个或更多的环形制动盘分装在轮芯的两侧，再用数个套有弹性套筒的螺栓连接起来，数个螺栓沿轮盘圆周均布，要求按照一定顺序均匀紧固至指定的扭矩值，其螺栓紧固质量直接影响到制动效果，从而决定行车安全。

申请号为201310564995.X的专利公开了一种轮装制动盘螺栓拧紧机，该拧紧机为六轴组合式，工作时一次拧紧均布于制动盘节圆的六颗螺栓，对于机车制动盘有十八颗螺栓，可分多次均匀紧固，满足螺栓拧紧扭矩精度要求，但在每次拧紧前需人工吊装制动盘至工作台同时操作定位销套入螺栓孔进行定位，完成后退出定位销，人工劳动强度大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法，能够自动识别车轮位置，并实现对所有螺栓的自动拧紧，提高了生产效率及组装质量。

本发明采用下述技术方案：

一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，包括设备主体，所述设备主体包括能够沿竖直方向移动的主机箱体；

主机箱体安装有可沿水平方向移动的电动拧紧装置，主机箱体固定有激光打标机和初始位置识别系统；

主机箱体下方设有用于输送待拧紧工件的变距输送线体和用于控制待拧紧工件高度的升降系统；

所述升降系统具有中心定位系统和反力卡紧机构，反力卡紧机构用于拧紧工件时对准螺栓与电动拧紧装置的位置。

进一步的，所述主机箱体包括安装有水平线性导轨的主机箱体框架，所述电动拧紧装置一侧连接有可带动其沿水平线性导轨滑动的丝杠变径机构。

进一步的，所述丝杠变径机构包括与电动拧紧轴相连的变径拨叉，所述变径拨叉通过丝母座连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠由伺服电机驱动的蜗轮蜗杆减速机驱动。

进一步的，所述反力卡紧机构包括反力卡紧套筒、与反力卡紧套筒相连的导向轴、用于驱动所述导向轴的升降气缸。

进一步的，所述反力卡紧套筒通过滚珠花键套连接用于承受拧紧过程中产生的反力的导向座。

进一步的，所述电动拧紧装置包括电动拧紧轴和拧紧套筒，拧紧套筒与电动拧紧轴相连，用于拧紧工件。

进一步的，所述变距输送线体包括两组相对设置的输送链条机构，所述输送链条机构与水平变距导轨滑动连接，且输送链条机构可由变距链条机构驱动沿水平变距导轨移动。

进一步的，所述中心定位系统包括电动卡盘，电动卡盘通过回转支承分别连接涨紧驱动装置、旋转驱动装置。

进一步的，所述设备主体还包括框架箱体，框架箱体一侧通过竖直线性导轨和滚珠丝杠传动系统与主机箱体相连。

一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机的操作方法，包括以下步骤：

步骤(1)工件通过变距输送线体运送至拧紧位置，升降系统动作将工件顶离变距输送线体，同时电动卡盘向外涨紧，实现第一步位置定位；

步骤(2)在工件被整体顶离变距输送线体后，初始位置识别系统拍摄当前工件的螺栓孔外圆，判断其位置，控制系统计算此时工件与拧紧套筒的偏差位置，回转支承按照计算的角度将工件旋转至工作状态；同时丝杠变径机构将拧紧套筒和反力卡紧套筒移动至与螺栓孔同心状态，完成最终位置定位；

步骤(3)主机箱体下降，将拧紧套筒插入上部制动盘螺栓孔，同时升降气缸伸出将反力卡紧套筒插入底部制动盘螺栓孔，电动拧紧轴启动将螺栓拧紧；

步骤(4)反力卡紧套筒下降，主机箱体上升完成第一次拧紧；

步骤(5)回转支承旋转设定角度带动工件转到下一个拧紧位置，重复步骤(3)～步骤(4)，直至完成所有螺栓的拧紧；完成后主机箱体上升到最高安全位置，中心涨紧机构松开，平台升降系统下降至最低位置，输送线启动，将完成拧紧的制动盘输送到下一工位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在制动盘输送至拧紧工位时自动识别车轮位置，并实现对所有螺栓的自动拧紧，整个工作过程不需要人员参与，实现全自动化，提高了生产效率及组装质量；

(2)本发明结构合理，能够降低劳动强度，确保了轮装制动盘螺栓组装的精度质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的主机框架结构示意图；

图5为本发明的主机箱体结构示意图；

图6为本发明的变距输送线体结构示意图；

图7为本发明的初始位置识别系统结构示意图；

图8为本发明的升降平台结构示意图；

图9为本发明的电动升降系统结构示意图；

图10为本发明的待拧紧工件结构示意图；

图11为本发明中心定位系统结构示意图；

图12为本发明的反力机构剖面示意图；

图13为本发明的反力机构结构示意图；

图14为本发明的丝杠变径系统结构示意图；

1、主机框架，1-1、框架箱体，1-2、竖直线性导轨，1-3、伺服电机，1-4、滚珠丝杠传动系统，1-5、限位装置，1-6、固定连接座，

2、主机箱体，2-1、主机箱体框架，2-2、电动拧紧轴，2-3、拧紧套筒，2-4、水平线性导轨，

3、变距输送线体，3-1、输送链条，3-2、变距电机，3-3、输送电机，3-4、变距输送链，3-5、水平变距线性导轨，3-6、线体骨架，

4、激光打标机，5、初始位置识别系统，5-1、工业光源，5-2、高清工业相机，5-3、相机支撑架，

6、升降系统，6-1、电机支撑座，6-2、换向器支撑座，6-3、升降机支撑座，6-4、横移导向线性滑轨，6-5、升降平台，

7、工件，7-1、车轮，7-2、制动盘，7-3、连接螺栓，

8、中心定位系统，8-1、电动卡盘，8-2、回转支承，8-3、旋转减速机，8-4、旋转伺服电机，8-5、涨紧减速机，8-6、涨紧伺服电机，

9、反力卡紧机构，9-1、反力卡紧套筒，9-2、滚珠花键套，9-3、导向轴，9-4、升降气缸，9-5、导向座，9-6、变径安装块，9-7、导向滑块，9-8、安装板，

10、丝杠变径机构，10-1、变径拨叉，10-2、滚珠丝杠，10-3、蜗轮蜗杆减速机，10-4、伺服电机，10-5、丝母座，10-6、丝杠支撑座，

11、电动升降装置，11-1、换向器，11-2、横向传动轴，11-3、变频电机，11-4、纵向传动轴，11-5、螺旋升降机，12、设备底座，13、电气控制柜。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在工作效率较低、不能满足精度要求的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图14所示，提供了一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，包括设备主体和电气控制柜13，设备主体与电气控制柜13相连，电气控制柜13内配置控制系统。

所述设备主体包括主机箱体2、主机框架1、变距输送线体3、电动拧紧装置、激光打标机4，初始位置识别系统5、升降系统6、反力卡紧机构9、丝杠变径机构10。

所述主机框架1的底部由设备底座12支撑。

如图4所示，主机框架1包括框架箱体1-1，框架箱体1-1一侧靠近中心位置安装滚珠丝杠传动系统1-4，所述滚珠丝杠传动系统1-4连接伺服电机1-3。

滚珠丝杠传动系统1-4两侧对称安装有竖直线性导轨1-2，竖直线性导轨1-2底部安装限位装置1-5。

所述限位装置1-5为现有结构，此处不再赘述。

框架箱体1-1的底部安装固定连接座1-6。

所述主机箱体2与滚珠丝杠传动系统1-4、竖直线性导轨1-2相连，通过伺服电机1-3驱动滚珠丝杠传动系统1-4使主机箱体2沿竖直线性导轨1-2上下移动。

如图5所示，主机箱体2包括主机箱体框架2-1，主机箱体框架2-1由水平板、竖直板和固定于侧面的加强板构成。

主机箱体框架2-1的水平板上方安装有水平线性导轨2-4，水平线性导轨2-4上方滑动连接有两个电动拧紧装置，电动拧紧装置侧面连接一个丝杠变径机构10，丝杠变径机构10带动电动拧紧装置沿水平线性导轨2-4来回移动，实现不同中心距的变化。

所述电动拧紧装置包括位于水平板上方的电动拧紧轴2-2，电动拧紧轴2-2连接拧紧套筒2-3，所述拧紧套筒2-3位于水平板下方。

激光打标机4和初始位置识别系统5安装于水平板下方，其中，初始位置识别系统5包括与水平板固定的相机支撑架5-3、安装于相机支撑架5-3侧面的工业光源5-1和高清工业相机5-2。

主机箱体2下方设置升降系统6和变距输送线体3，所述变距输送线体3如图6所示，包括线体骨架3-6，线体骨架3-6两端上表面设置水平变距线性导轨3-5，两个水平变距线性导轨3-5之间连接两组输送链条机构。

所述输送链条机构包括输送链条3-1和驱动输送链条3-1的输送电机3-3。

两组输送链条机构之间连接变距链条机构，所述变距链条机构包括变距输送链3-4和驱动变距输送链3-4的变距电机3-2。

输送电机3-2带动输送链条3-1实现工件的输送，变距电机3-3带动变距输送链条3-4在水平变距线性导轨2-4在水平方向移动，满足不同型号车轮的输送。

升降系统6如图8所示，包括升降平台6-5，升降平台6-5底部对称设置多个升降机支撑座6-3。

升降平台6-5上表面设置横移导向线性滑轨6-4，导向线性滑轨6-4与两个反力卡紧机构9滑动连接，所述反力卡紧机构9连接丝杠变径机构10，两个反力卡紧机构9之间安装有中心定位系统8。

升降平台6-5侧面连接电动升降装置11。

所述中心定位系统8如图11所示，包括电动卡盘8-1，电动卡盘8-1底部通过回转支承8-2分别连接涨紧驱动装置、旋转驱动装置。

其中，涨紧驱动装置包括涨紧伺服电机8-6和涨紧减速机8-5，旋转驱动装置包括旋转伺服电机8-4和旋转减速机8-3。

所述回转支承8-2采用精密齿轮传动结构。

涨紧伺服电机8-6通过带动涨紧减速机8-5实现电动卡盘8-1的涨紧和松开，旋转伺服电机8-4通过带动旋转减速机8-3带动回转支承8-2实现不同角度的旋转。

所述反力卡紧机构9如图12和图13所示，包括反力卡紧套筒9-1、与反力卡紧套筒9-1相连的导向轴9-3、用于驱动所述导向轴9-3的升降气缸9-4。

反力卡紧套筒9-1通过定位销连接在导向轴9-3上，导向轴9-3外侧套设有弹簧。

所述反力卡紧套筒9-1通过滚珠花键套9-2连接导向座9-5，导向座9-5用于承受拧紧过程中反力卡紧套筒9-1产生的反力。

导向座9-5固定于安装板9-8上方，安装板9-8与横移导向线性滑轨6-4滑动连接；安装板9-8一侧固定有变径安装块9-6，通过变径安装块9-6与丝杠变径机构10相连。

丝杠变径机构10如图14所示，包括滚珠丝杠10-2，滚珠丝杠10-2两端由丝杠支撑座10-6支撑；滚珠丝杠10-2上通过丝母座10-5连接变径拨叉10-1；所述滚珠丝杠10-2由与蜗轮蜗杆减速机10-3相连的伺服电机10-4驱动。

工作过程中伺服电机10-4通过蜗轮蜗杆减速机10-3带动丝杠10-2旋转，从而带动丝母座10-5来回移动。

变径拨叉10-1有两个，对称安装于伺服电机10-4两侧。

丝杠变径机构10共有两个，一个丝杠变径机构10的变径拨叉10-1与电动拧紧轴2-2相连，另一个丝杠变径机构10的变径拨叉10-1与变径安装块9-6相连。

电动升降装置11如图9所示，包括变频电机11-3，变频电机11-3通过换向器11-1连接横向传动轴11-2，横向传动轴11-2的两端分别通过换向器11-1连接纵向传动轴11-4，纵向传动轴11-4连接螺旋升降机11-5。

变频电机11-3通过横向传动轴11-2和纵向传动轴11-4带动螺旋升降机11-5上下升降。

换向器11-1的底部由换向器支撑座6-2支撑，变频电机11-3底部由电机支撑座6-1支撑。

待拧紧的工件7包括车轮7-1、制动盘7-2，制动盘7-2周向设置若干连接螺栓7-3。

本申请的工作过程为：

工件7通过变径输送线体3传送到设备覆盖范围内，变距输送线体3带动工件7至拧紧位置，如图1所示状态。

升降平台6-5上升将工件7顶离变距输送线体3，在升降平台6-5上升过程中电动卡盘8-1同时向外涨紧，通过涨紧工件7的中心孔实现第一步位置定位。

在工件7被整体顶离变距输送线体3后，高清工业相机5-2工作拍摄当前工件7的螺栓孔外圆，判断出现在工件7的位置，同时后台控制系统通过拍摄的信息计算得出此时工件与拧紧套筒2-3的偏差位置。

此时回转支承8-2按照计算的角度，将工件7旋转至工作状态，即制动盘螺栓孔与拧紧套筒2-3同心，同时，丝杠变径机构10将拧紧套筒2-3和反力卡紧套筒9-1移动至与制动盘螺栓孔同心状态，此时完成设备的最终位置定位。

主机箱体2下降，将拧紧套筒2-3插入上端制动盘螺栓孔同时升降气缸9-4伸出将反力卡紧套筒9-1插入底部制动盘螺栓孔，电动拧紧轴2-2启动将螺栓拧紧，一次完成两个螺栓的拧紧。

最后反力卡紧套筒9-1下降，主机箱体2上升完成第一次拧紧。

回转支承8-2旋转一定角度带动工件7转到下一个拧紧位置，并按照上述第一个拧紧循环的动作重复完成第二个拧紧工作循环，依次重复完成剩余螺栓的拧紧。

待工件7的所有螺栓全部拧紧合格后，升降平台6-5下降同时电动卡盘8-1松开，主机箱体2上升，变距输送线体3带动工件7移动到下一工位。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，包括设备主体，所述设备主体包括能够沿竖直方向移动的主机箱体；

主机箱体安装有可沿水平方向移动的电动拧紧装置，主机箱体固定有激光打标机和初始位置识别系统；

主机箱体下方设有用于输送待拧紧工件的变距输送线体和用于控制待拧紧工件高度的升降系统；

所述升降系统具有中心定位系统和反力卡紧机构，反力卡紧机构用于拧紧工件时对准螺栓与电动拧紧装置的位置。

2.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述主机箱体包括安装有水平线性导轨的主机箱体框架，所述电动拧紧装置一侧连接有可带动其沿水平线性导轨滑动的丝杠变径机构。

3.根据权利要求2所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述丝杠变径机构包括与电动拧紧轴相连的变径拨叉，所述变径拨叉通过丝母座连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠由伺服电机驱动的蜗轮蜗杆减速机驱动。

4.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述反力卡紧机构包括反力卡紧套筒、与反力卡紧套筒相连的导向轴、用于驱动所述导向轴的升降气缸。

5.根据权利要求4所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述反力卡紧套筒通过滚珠花键套连接用于承受拧紧过程中产生的反力的导向座。

6.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述电动拧紧装置包括电动拧紧轴和拧紧套筒，拧紧套筒与电动拧紧轴相连，用于拧紧工件。

7.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述变距输送线体包括两组相对设置的输送链条机构，所述输送链条机构与水平变距导轨滑动连接，且输送链条机构可由变距链条机构驱动沿水平变距导轨移动。

8.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述中心定位系统包括电动卡盘，电动卡盘通过回转支承分别连接涨紧驱动装置、旋转驱动装置。

9.根据权利要求1所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机，其特征在于，所述设备主体还包括框架箱体，框架箱体一侧通过竖直线性导轨和滚珠丝杠传动系统与主机箱体相连。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)工件通过变距输送线体运送至拧紧位置，升降系统动作将工件顶离变距输送线体，同时电动卡盘向外涨紧，实现第一步位置定位；

步骤(2)在工件被整体顶离变距输送线体后，初始位置识别系统拍摄当前工件的螺栓孔外圆，判断其位置，控制系统计算此时工件与拧紧套筒的偏差位置，回转支承按照计算的角度将工件旋转至工作状态；同时丝杠变径机构将拧紧套筒和反力卡紧套筒移动至与螺栓孔同心状态，完成最终位置定位；

步骤(3)主机箱体下降，将拧紧套筒插入上部制动盘螺栓孔，同时升降气缸伸出将反力卡紧套筒插入底部制动盘螺栓孔，电动拧紧轴启动将螺栓拧紧；

步骤(4)反力卡紧套筒下降，主机箱体上升完成第一次拧紧；

步骤(5)回转支承旋转设定角度带动工件转到下一个拧紧位置，重复步骤(3)～步骤(4)，直至完成所有螺栓的拧紧；完成后主机箱体上升到最高安全位置，中心涨紧机构松开，平台升降系统下降至最低位置，输送线启动，将完成拧紧的制动盘输送到下一工位。