CN109623351B - 一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置 - Google Patents

Abstract

一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，包括底盘移动机构、升降机构、显示及控制机构、进给机构、执行机构。依靠显示及控制机构可以精确地找到螺栓位置，使得电动套筒准确地对准和套住螺母，通过气动驱动的防转扳手能够准确地移动到螺杆的尾部，防止螺杆随着螺母同步转动，拆卸下来的螺母经由套筒内置的弹簧将其脱离。本发明机动性高，灵活性强，具有快速定位和精准拆卸的能力，消除了施工过程中的危险因素，保证施工过程稳定顺利地进行，解放劳动力，实现机械化和自动化施工作业，保障施工人员人身安全，降低劳动强度，实现机械化和自动化施工，提高工作效率。

Description

一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置

技术领域

本发明属于螺栓拆卸技术领域，涉及一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置。

背景技术

火车车钩缓冲装置是用于机车之间相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成，安装于车底架构端的牵引梁内。火车长期暴露在自然环境中，连接钩尾框的螺栓易腐蚀生锈。且运行过程中，螺栓受到巨大的剪切力作用，一旦螺栓失效将会引发重大的交通事故，后果不堪设想。为避免事故发生，需对火车进行定期厂修，按规定更换磨损过限的零部件，修复损坏、磨耗的零部件，防止故障发生，这包括更换火车钩尾框托板螺栓，由此拆卸螺栓是一道必不可少的工序。目的在于保持车辆的基本性能，延长车辆的使用寿命，保证车辆安全运行。

目前拆卸螺栓工作主要依靠人工手动完成，一般维修厂区平均一天需维修约60节机车，每节机车前后对称共有16个螺栓需进行拆除，60节车厢共有960个螺栓需要拆除。对于已生锈的螺栓，传统的手持式拆卸工具笨重且费力，效率低，拆卸难度非常大。同时在拆卸过程中，伴有大量的灰尘和巨大的噪音；车厢底部较低工人需长期蜷缩在车厢底部，施工环境恶劣，劳动强度大，危险性高且容易造成职业疾病。

发明内容

本发明的目的是提供一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，解决了无法实现机械化和自动化拆装的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，包括底盘移动机构、升降机构、显示及控制机构、进给机构、执行机构。

底盘移动机构包括底盘支架，底盘支架连接有车轮，车轮沿铁轨移动。

进给机构包括进给底板，进给底板固定有两条平行的纵向导轨，两条纵向导轨上共同设置有纵向拖板，纵向拖板固定有纵向驱动部件，纵向驱动部件固接有齿轮部件，纵向拖板固定有与纵向导轨垂直的两条横向导轨，两条横向导轨上共同设置有横向拖板，横向拖板固定有横向驱动部件，横向驱动部件固接有齿轮部件，纵向导轨和横向导轨的一侧为与其齿轮部件所对应的齿条，纵向导轨和纵向驱动部件上的齿轮部件、横向导轨和横向驱动部件的齿轮部件为啮合连接；

执行机构包括连接板，连接板固定有电动扳手，电动扳手固接有沿其轴向的反力臂；

显示及控制机构包括通过导线连接显示控制组件和摄像头，纵向驱动部件、横向驱动部件、电动扳手分别与显示控制组件连接；

升降机构的一端固定于底盘支架，升降机构的另一端固定于进给底板，连接板与横向拖板相固定，摄像头固定于连接板上。

本发明的特点还在于：

底盘支架设置有步进电机和减速机，步进电机和减速机连接，减速机与车轮连接，步进电机和减速机分别与显示控制组件连接。

升降机构包括升降气缸，升降气缸的两端分别设置有上固定板和下固定板，下固定板与底盘支架相固定，上固定板与进给底板相固定，升降气缸与显示控制组件连接。

执行机构还包括防转升降气缸，防转升降气缸和电动扳手固定于连接板的同一侧，防转升降气缸远离连接板的一端固接有气动旋转马达，气动旋转马达远离防转升降气缸的一端可拆卸固定有与连接板平行的防转扳手，防转升降气缸、气动旋转马达分别与显示控制组件连接。

电动扳手包括设置在拆卸端可拆卸的套筒，套筒的径向截面与所需拆卸螺母相匹配，防转扳手设置有与所需拆卸螺栓相匹配的凹坑。

套筒内设置有沿套筒轴向的弹簧。

显示及控制机构还包括显示控制组件导轨，显示控制组件导轨固定于底盘支架上，显示控制组件与显示控制组件导轨活动连接。

执行机构还包括气管，气管设置于电动扳手的侧面。

本发明的有益效果是:本发明的货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置可以快速准确到达工作位置，自动捕捉和定位螺栓位置，自动拆卸，实现了快速可移动式作业，大大降低了操作人员的工作强度，同时也提高了货运火车钩尾框托板螺栓的拆卸速度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明底盘移动机构的结构示意图；

图3是本发明升降机构的结构示意图；

图4是本发明显示及控制机构的结构示意图；

图5是本发明进给机构的结构示意图；

图6是本发明执行机构的结构示意图；

图7是本发明用于拆装螺母的安装示意图；

图8是本发明作业示意图。

图中，1.底盘移动机构，2.升降机构，3.显示及控制机构，4.进给机构，5.执行机构，11.车轮，12.底盘支架，13.步进电机，14.减速机，21.升降气缸，22.上固定板，23.下固定板，31.显示控制组件，32.摄像头，33.显示控制组件导轨，41.进给底板，42.纵向导轨，43.纵向拖板，44.纵向驱动部件，45.横向导轨，46.横向拖板，47.横向驱动部件，51.连接板，52.电动扳手，53.防转升降气缸，54.反力臂，55.气动旋转马达，56.防转扳手，57.套筒，58.气管，A.螺栓位置，B.套筒位置，61.螺母A，62.螺母B，63.螺母C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，其结构如图1所示，包括底盘移动机构1、升降机构2、显示及控制机构3、进给机构4、执行机构5。

如图2所示，底盘移动机构1包括底盘支架11，底盘支架11连接有车轮12，底盘支架设置有步进电机13和减速机14，步进电机13与减速机14相连，减速机14与车轮13连接。

如图3所示，升降机构2包括升降气缸21，升降气缸21的两端分别设置有上固定板22和下固定板23。

如图4所示，显示及控制机构3包括通过导线连接的显示控制组件31和摄像头32，步进电机13、减速机14、升降气缸21、纵向驱动部件44、横向驱动部件47、电动扳手52、防转升降气缸53、气动旋转马达55分别与显示控制组件31连接。

如图5所示，进给机构4包括进给底板41，进给底板41固定有两条平行的纵向导轨42，纵向导轨42上方设置有纵向拖板43，纵向拖板43固定有纵向驱动部件44，纵向驱动部件44固接有齿轮部件，纵向拖板43固定有与纵向导轨42垂直的横向导轨45，横向导轨45上方设置有横向拖板46，横向拖板46固定有横向驱动部件47，横向驱动部件47固接有齿轮部件，纵向导轨42和横向导轨45的一侧为与其齿轮部件所对应的齿条，纵向导轨42和纵向驱动部件44、横向导轨45和横向驱动部件47为啮合连接，纵向驱动部件44和横向驱动部件47均为电机。

如图6所示，执行机构5包括连接板51，连接板51固定有电动扳手52和防转升降气缸53，电动扳手52固接有沿其轴向的反力臂54，防转升降气缸53远离连接板51的一端固接有气动旋转马达55，气动旋转马达55远离防转升降气缸53的一端固定有与连接板51平行的防转扳手56。

升降机构2通过下固定板23固定于底盘移动机构1的底盘支架12，升降机构2的上固定板22与进给机构4的进给底板41相固定，执行机构5的连接板51与进给机构4的横向导轨45相固定，显示及控制机构3的摄像头32固定于执行机构5的连接板51。

电动扳手52包括设置在拆卸端可拆卸的套筒57,套筒57的径向截面与所需拆卸螺母相匹配，防转扳手56设置有与所需拆卸螺栓相匹配的凹坑。

套筒57内设置有沿套筒57轴向的弹簧。

升降机构2、进给机构3、执行机构5构成的结构为两套，对称设置于底座机构1上。

防转扳手56与气动旋转马达55通过螺栓连接，可以在作业时根据需要随时更换不同规格的防转扳手56。

显示及控制机构3还包括显示控制组件导轨33，显示控制组件导轨33固定于底盘支架11上，显示控制组件31与显示控制组件导轨33活动连接。

执行机构还包括气管58，气管58设置于电动扳手52的侧面。

本实施例的底盘移动机构1是由标准的空心方管焊接而成，底盘空间由两层构成，双层结构用于保证其具有足够的刚度，以减小施工过程中的变形，下层上表面对称焊接有两块钢板，用于升降机构2的定位和安装。装置上布置有用于吊装的吊装孔，底部通过步进电机13进行驱动。

升降机构2利用升降气缸21提供动力，实现装置竖直方向的移动。

显示及控制机构3的显示控制组件31包括电脑，电脑连接有PLC模块，PLC模块分别连接与步进电机13、减速机14、升降气缸21、纵向驱动部件44、横向驱动部件47、电动扳手52、防转升降气缸53、气动旋转马达55通过导线连接，可以通过显示器对其进行控制。

作业时，通过摄像头32进行图像的采集，与其连接的电脑对获取的图像进行处理以确定螺栓的准确位置，根据此位置PLC模块对与其相连的步进电机13、减速机14、升降气缸21、纵向驱动部件44、横向驱动部件47、电动扳手52、防转升降气缸53、气动旋转马达55发送指令，进而驱动本装置进行作业。

本装置的控制模式分为两种，一种为自动模式，即由电脑根据获取图像的位置自动发送指令进行作业。另一种为手动模式，即操作人员可以根据获取图像的位置手动发送指令给PLC模块进行作业。

依靠显示及控制机构3可以精确地找到螺栓位置，使得电动扳手52的套筒57准确地对准和套住螺母，通过气动防转扳手55能够准确地移动到螺杆的尾部，防止螺杆随着螺母同步转动，拆卸下来的螺母经由套筒57内置的弹簧将其顶出，并通过高压气体将其吹入车体上的容纳盒内。

进给机构4通过电机驱动实现其上固接的执行机构5的横纵向移动。

如图6所示，使用时，将本装置通过天车吊装至铁轨上，利用底盘移动机构1的步进电机13或者人为手动推动装备沿轨道行驶，靠近需要作业的火车。装置到达指定工位后，需要将所在工位的气源、电源接在装备上对应的快接插口上。当装置依靠底盘移动机构1的车轮11逐渐靠近火车车厢时，置于末端执行机构5上的两个摄像头32将会捕获车厢底部的画面，并将采集到的数据时时回传给上位机，上位机再通过图像处理算法，监控和捕捉螺栓的准确位置，并将处理结果以图像的形式显示在显示控制组件31上，图4中A表示的是捕捉到的螺栓位置，图4中B表示当前套筒57位置。待装置移动到距离螺栓足够近的时候，此时处理器会自动切换至精确对位工作模式：首先底盘移动机构1停止运动，车轮11处于锁死状态，通过纵向驱动部件44和横向驱动部件47实现纵向进给和横向进给精准快速地对准螺栓位置，当显示控制组件31上显示的套筒57位置B与螺栓位置A完全重合时，则对准结束。

对于单个螺栓均为双螺母锁紧类型的拆卸，如图7所示。由于此处的螺栓尾部设计有筋板结构，因此无法使用装置上自带的防转扳手56防止螺杆的转动，只能依靠工人手持扳手进行防转。当电动扳手52的套筒57与螺母A 61对好位置后，处理器发送指令驱动升降气缸21，升降机构2带动进给机构4以及执行机构5向上升起；与此同时电动扳手52的套筒57沿逆时针(从上向下看)方向低速转动，以使套筒57将螺母A 61完全套住。拆卸最下侧的螺母A61(此时无需对螺栓尾部进行防转处理)：当螺母A61被完全套住以后，电动扳手52将会进入大扭矩冲击工作状态，拧动螺母A61，随着螺母A61的转动，螺母A61相对于螺杆会向下运动，此时螺母A61将会给电动扳手52向下的推力作用，升降气缸21将会被迫自动向下同步回退，直到螺母A61完全拆卸下来。然后升降气缸21自动向下移动一段距离。套筒57内置的弹簧会将拆卸下来的螺母A61顶出套筒，此时气管58通气，利用高压气体将螺母A61与套筒57分离。拆卸上侧的螺栓和螺母B62：将螺母B62套住以后进行拆卸，需要人工将螺栓尾部固定住，防止螺栓转动。拆卸过程中，螺母B62由于受到升降气缸21向上的推力作用，螺母B62不会上下运动，螺栓会自动向上移动。外侧两个螺母拆卸完后，所有的运动部件会自动复位回到原始位置处，步进电机13驱动装置沿轨道移动至下一工位处。

对于带有端面防松的螺母拆除，如图7所示。当电动扳手的套筒57与第一排螺栓位置对正后，处理器发送指令驱动升降机构2带动套筒57向上升起将螺母C63完全套住。防转升降气缸53自动向上升起，气动旋转马达55带动防转扳手转动90度到达套筒57的正上方，即螺杆尾部的正上方。防转升降气缸53反向通气向下压紧，由于防转扳手56在此时并没有套住螺杆尾部，只是轻微压紧螺杆尾部，当螺母C63松到一定程度时，螺杆开始转动，当螺杆尾部六边形转到刚好与防转扳手内六角槽对正时，防转扳手56会顺势向下套住螺杆尾部，，如图8所示。螺母C63的转动会使螺杆自动向上抬起，带动防转升降气缸53向上升起，当螺母完全退下来后，防转升降气缸53自动向上升起，气动旋转马达55反向通气将防转扳手56退出来。升降气缸21自动向下移动一段距离。电动扳手52的套筒57内置的弹簧将拆卸下来的螺母C63顶出套筒，气管58通气，将螺母C63与套筒57分离。纵向驱动部件44带动执行机构5移动适当的距离到达第二排螺栓。由于相邻两排螺栓的相对位置是准确的，此时无需再次对位，直接进行拆除即可。第三排螺栓亦是如此。当内侧螺栓拆卸完后，所有车体上的运动部件复位。

拆卸完一端螺栓之后，该装置通过步进电机13的驱动，自动移动至车体的另一端并停止，工作人员则可从车体的外侧移动至另一端处。显示控制组件31可沿显示控制组件轨道33切换至对面位置，继续进行另一侧螺栓的拆卸作业，其作业方法与上述操作相同。

本发明机动性高，灵活性强，具有快速定位和精准拆卸的能力，消除了施工过程中的危险因素，保证施工过程稳定顺利地进行，解放劳动力，实现机械化和自动化施工作业，保障施工人员人身安全，降低劳动强度，实现机械化和自动化施工，提高工作效率。可在铁轨上自主移动，能够轻松地通过火车底部快速准确到达工作位置，通过机器人视觉技术自动捕捉和定位螺栓位置，自动拆卸，实现了快速可移动式作业。此外，本发明本次采用的是电动扳手拆卸，相较于以往的电动扳手降低了噪音的污染，改善了工人的作业环境。

Claims (4)

1.一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，其特征在于，包括底盘移动机构(1)、升降机构(2)、显示及控制机构(3)、进给机构(4)、执行机构(5)；

所述底盘移动机构(1)包括底盘支架(12)，所述底盘支架(12)连接有车轮(11)，所述车轮(11)沿铁轨移动；

所述进给机构(4)包括进给底板(41)，所述进给底板(41)固定有两条平行的纵向导轨(42)，两条所述纵向导轨(42)上共同设置有纵向拖板(43)，纵向拖板(43)固定有纵向驱动部件(44)，所述纵向驱动部件(44)固接有齿轮部件，所述纵向拖板(43)固定有与纵向导轨(42)垂直的两条横向导轨(45)，两条所述横向导轨(45)上共同设置有横向拖板(46)，所述横向拖板(46)固定有横向驱动部件(47)，所述横向驱动部件(47)固接有齿轮部件，所述纵向导轨(42)和横向导轨(45)的一侧为与其齿轮部件所对应的齿条，所述纵向导轨(42)和纵向驱动部件(44)上的齿轮部件、横向导轨(45)和横向驱动部件(47)的齿轮部件为啮合连接；

所述执行机构(5)包括连接板(51)，所述连接板(51)固定有电动扳手(52)，所述电动扳手(52)固接有沿其轴向的反力臂(54)；

所述显示及控制机构(3)包括通过导线连接有显示控制组件(31)和摄像头(32)，所述纵向驱动部件(44)、横向驱动部件(47)、电动扳手(52)分别与所述显示控制组件(31)连接；

所述升降机构(2)的一端固定于底盘支架(12)，所述升降机构(2)的另一端固定于进给底板(41)，所述连接板(51)与横向拖板(46)相固定，所述摄像头(32)固定于连接板(51)上；

所述底盘支架(12)设置有步进电机(13)和减速机(14)，所述步进电机(13)和减速机(14)连接，所述减速机(14)与车轮(11)连接，所述步进电机(13)和减速机(14)分别与所述显示控制组件(31)连接；

所述升降机构(2)包括升降气缸(21)，所述升降气缸(21)的两端分别设置有上固定板(22)和下固定板(23)，所述下固定板(23)与底盘支架(12)相固定，所述上固定板(22)与进给底板(41)相固定，所述升降气缸(21)与显示控制组件(31)连接；

所述执行机构(5)还包括防转升降气缸(53)，所述防转升降气缸(53)和电动扳手(52)固定于连接板(51)的同一侧，所述防转升降气缸(53)远离连接板(51)的一端固接有气动旋转马达(55)，所述气动旋转马达(55)远离防转升降气缸(53)的一端可拆卸固定有与连接板(51)平行的防转扳手(56)，所述防转升降气缸(53)、气动旋转马达(55)分别与显示控制组件(31)连接；

所述显示及控制机构(3)还包括显示控制组件导轨(33)，所述显示控制组件导轨(33)固定于底盘支架(12)上，所述显示控制组件(31)与显示控制组件导轨(33)活动连接。

2.如权利要求1所述的一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，其特征在于，所述电动扳手(52)包括设置在拆卸端可拆卸的套筒(57),所述套筒(57)的径向截面与所需拆卸螺母相匹配，所述防转扳手(56)设置有与所需拆卸螺栓相匹配的凹坑。

3.如权利要求2所述的一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，其特征在于，所述套筒(57)内设置有沿套筒(57)轴向的弹簧。

4.如权利要求1所述的一种货运火车钩尾框托板螺栓拆卸装置，其特征在于，所述执行机构(5)还包括气管(58)，所述气管(58)设置于电动扳手(52)的侧面。

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