CN109661293B - 一种用于制造或检修轨道车辆零件的装置及其检修方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造和/或检修用于轨道车辆的侧架和承梁的系统和方法，其包括至少一个机器人，该至少一个机器人适用于访问沿着零件的长度上的位置。可由所述机器人上的探针或扫描器获得的零件尺寸图允许处理器确定需要进行焊接和机械加工以满足特定尺寸容差的位置，其中运用零件上新颖的基准表面，而在使用传统计量器时无法运用该零件基准表面。所述机器人可以定位且安装焊接工具和材料去除工具以执行由处理器确定的焊接操作和材料去除操作。

Description

一种用于制造或检修轨道车辆零件的装置及其检修方法
技术领域
本发明涉及一种用于轨道车辆零件的自动机械加工和焊接的装置和方法，所述轨道车辆零件包括侧架和承梁，该装置和方法用于这类零件的制造和检修。
背景技术
当前用于制造和检修货运车辆侧架和承梁的过程涉及加强的人工劳动输入。使用由精密钢制成的传统“硬”计量器确定零件与预期尺寸的差异，以及专业训练的工作人员手动地将浇铸零件焊接并磨削为预期的最终大小和尺寸。传统计量器使用宽的容差，并相反地产生具有最小尺寸精度的轨道零件，导致差的转向架总成性能。此外，手动工作呈现出对于工作人员的高伤害风险和对于雇主的高开销，这些雇主不得不维持培训的职工队伍并为有风险的活动和/或可能的伤害提供补偿。
此外，重新制造侧架和承梁涉及将专用设备和专业技能人员集中在单一地点。因此，将重的轨道车辆转向架零件运送到单一地点的运输成本使商业检修过程在经济上不可行。因此，需要一种用于这些目的的便携系统。然而，传统机械加工(这在本文中指的是利用工具切割金属，从而相比于磨削提供更大的尺寸精度)通常需要将非常大且重的机械固定安装到地面以控制振动。因此，设计一种通过计算机控制的机器人机械用于加工大的、重的零件的便携系统构成重大挑战。
进一步，使用物理计量器使轨道车辆零件的一个表面与另一个表面相比较并使它们相一致使得这种比较被限制到彼此靠近的表面。需要的是运用轨道车辆零件(诸如侧架或承梁)上的不同尺寸的参考点以比较彼此较远的表面并使其一致的能力。
通过引用并入本文的美国专利第4,187,600号教导了一种用于机械加工轨道转向架承梁的装置，该装置包括运作在承梁上时用于支撑该承梁的可旋转固定件。同样通过引用并入本文的具有相同发明人的美国专利第4,190,390号公开了一种用于机械加工轨道转向架侧架的装置。
尽管此前未结合检修轨道车辆转向架零件来使用，但是机器人定位系统是已知的，这些系统使用六个千斤顶使工具围绕六个轴旋转：x轴、y轴、z轴、俯仰轴、翻滚轴和偏航轴。在各个实施方式中，这些定位系统被称为六足机构或史都华(Stewart)平台。示例包括在美国专利第6,071,031号和美国专利第 6,240,799号中所公开的技术，这两个美国专利通过引用并入本文。此前还未将六腿机构或类似装置与大且重的浇铸零件(诸如轨道车辆侧架)的焊接和机械加工组合使用。
同样通过引用并入本文的美国专利申请公开第US/2004/0014405号描述了一种便携机械加工设备，该设备用于通过车床加工、拉销、铣削、车铣、磨削和深滚压操作加工车轮的外表而不将车轮从轨道车辆拆下。
同样通过引用并入本文的US 2015/0034607和US 2010/161123公开了机器人以及用于控制机器人的系统，其可以适用于特定焊接应用。
同样通过引用并入本文的US 2011/0174793描述了一种具有定位器的机器人系统，该定位器允许移动性和减小的占地面积。同样通过引用并入本文的美国专利第5,783,921号描述了一种适用于简化安装和操作的焊接机器人。
现有技术未教导用于针对轨道车辆转向架零件的初始检查、焊接、材料去除和最终零件检查的自动系统，该自动系统使用在轨道系统上的六足机器人，或可以将该自动系统从一个安装位置运输到另一个安装位置，或该自动系统运用新颖的在零件上的尺寸的基准表面来改善整体容差和转向架性能。
发明内容
在一个方面中，本发明旨在一种用于轨道车辆转向架零件的自动初始检查、焊接、材料去除和最终零件检查系统，其可以在标准封闭式卡车中从一个安装位置运输到另一个安装位置。
在本发明的另一方面中，在六足机器人上支撑材料去除工具，该六足机器人被安装在轨道上以沿着侧架或承梁的长度访问不同区域。该六足机器人可以适用于定位且安装测量工具、一个或多个焊接工具、和一个或多个材料去除工具。可替选地，将用于安装焊接工具的单独的焊接机器人结合支撑材料去除工具的六足机器人一起使用。标准焊接机器人臂具有比六足机器人更长的到达范围，且焊接机器人无需被安装在轨道上。
根据本发明的一些实施方式的优势是，在轨道上线性地运输六足机器人以获得零件尺寸，从而可以相对于零件而非相对于机器人位置建立用于焊接操作和机械加工操作的x坐标、y坐标和z坐标。大多数机器人设有固定坐标系统，从而需要在严格容差内相对于机器人仔细地登记工件以确保适当的对准。
在机械加工侧架和承梁的背景下对六足机构的使用是新颖的，因为达到的目标容差为传统磨削和传统机械加工的中间容差。典型的机械加工应用将容差保持在千分之几英寸以下的范围内，这要求机器为非常坚硬的且无法容忍振动。根据本发明将六足机器人用于在高振动环境中的机械加工实现稍微较低的容差，根据特征在±.010和±.060之间，但是仍比使用磨削可达到的容差严格很多的容差。
在实施方式中，本发明为一种用于制造和/或检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于安装工具的头部；工具变换器，所述工具变换器包括适用于安装在所述头部上的多个工具，所述多个工具包括至少一个材料去除工具；零件定位设备，所述零件定位设备适用于支撑轨道车辆零件且使所述零件围绕所述零件的纵轴线旋转；以及导轨，所述导轨适用于使所述材料去除机器人(或所述零件定位设备)沿着所述零件的所述纵轴线平移，以将所述工具定位在沿着所述零件的整个长度的多个位置上。所述装置包括：用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵；以及计算机可读介质，所述计算机可读介质适用于包含所述零件的尺寸的数字图。处理器适用于从所述用户界面和从所述数字图接收信号，且适用于确定一系列材料去除操作并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述零件的长度的多个位置上执行所述材料去除操作。
在特定实施方式中，通过利用安装在材料去除机器人或其它机器人上的测量工具扫描零件来获得零件尺寸的数字图，从而用户界面、包含零件尺寸的计算机可读介质和确定一系列材料去除操作的处理器全部为同一设备的部分。然而，在一些实例中，可行的是利用单独装置获得零件尺寸图，并提供在计算机可读介质上的零件尺寸，以用于制造或检修的装置使用。
在特定实施方式中，该装置设有焊接工具，该焊接工具可以被安装在与材料去除机器人分离的焊接机器人上，或作为单独工具被安装在材料去除机器人的头部上。
在另一方面中，本发明为一种用于检修轨道车辆侧架或承梁的方法，所述方法包括：将轨道车辆侧架或承梁装载到自动零件定位设备上，所述自动零件定位设备设置成为安装在一个或多个机器人上的焊接工具头部和材料去除工具头部提供沿着所述侧架或承梁的长度的访问；通过安装在所述一个或多个机器人上的自动测量工具测量所述侧架或承梁，以及使用处理器将从所述测量获得的尺寸存储在存储器中；确定待执行的一系列焊接操作和材料去除操作；沿着所述侧架或承梁的长度设置定位所述材料去除工具头部；以及在沿着所述侧架或承梁的长度的多个不同位置上执行焊接操作。
在本发明的另一方面中，通过使用无法从计量器获得的参考测量改进自动机械加工和焊接系统，以精确地控制焊接和切割位置，从而确保更严格的容差和改善的整体转向架总成性能。
在本发明的又一方面中，该系统和方法适用于翻新侧架-承梁组合，从而可以将根据美国专利第 8,474,393号(其通过引用并入本文)的横梁栓接和/或焊接在现有侧架上。
根据本发明的系统为可移动的，减少了焊接和机械加工时间、废品率、工件，避免了不必要的工作，以及整体上比现有工艺更有效。
附图说明
在说明书的最后部分中特别地指出且清楚地请求保护被认为是本发明的主题。然而，对于本发明的机构和操作方法连同其目的、特征和有点最好可以通过参考结合附图阅读的如下详细描述来理解，在附图中：
图1为根据本发明的实施方式的焊接和材料去除装置的示意图；
图2示出根据本发明的实施方式的框架中的材料去除机器人的特征；
图3为根据本发明的实施方式的系统和方法的示意图，根据本发明的实施方式，该系统和方法包括用于控制一个或多个机器人的测量操作、材料去除操作和焊接操作的处理器和用户界面；
图4A、图4B和图4C分别为根据本发明的实施方式的承梁的正面图、俯视图和仰视图，该承梁识别可标准化的尺寸和表面关系；以及
图5A、图5B和图5C分别为根据本发明的实施方式的侧架的侧视图、仰视图和俯视图。
将理解，为了说明的简化和清楚，在图中所示的元件并非一定按比例绘制。例如，为了清楚可以将一些元件的尺寸相对于其它元件放大。此外，在被视为合适的情况下，可以在图中重复附图标记以指示相应或类似元件。
具体实施方式
在如下详细描述中阐述大量具体细节，以便提供对本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况中，未详细地描述熟知的方法、过程和组件，从而不使本发明变模糊。
如在本文中所使用，“基准表面”和“基准表面组合”指的是在侧架或承梁上的表面被用作管理材料去除或材料添加到侧架或承梁的另一表面的基准。因此，机械加工成平行的两个表面均为基准表面组合中的基准表面。同样地，在承梁的相反两端的两个类似带角度的表面(机械加工成具有相同斜度以坐落在侧架上) 为基准表面组合中的基准表面。通常，使用计量器建立用于检修的零件上的两个邻近表面之间的基准。本发明的自动系统允许相距更远的表面作为基准用于材料去除和焊接。
除非另有明确指示，如从如下讨论明显可见，否则要领会到，贯穿说明书，利用诸如“处理”、“计算”、“核算”、“确定”等术语指的是计算机或计算系统或类似电子计算设备的行动和/或进程，该行动和/或进程操控表示为在计算系统的寄存器和/或存储器内的物理(诸如电子)量的数据和/或将该数据转换成类似地表示为在计算系统的存储器、寄存器或其它这类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。
如在本文中所使用的“材料去除机器人”至少支撑材料去除工具，但是在不同时间也可以支撑焊接头部。因为焊接涉及的振动比材料去除(尤其机械加工)少，所以六足机器人不需要安装焊接工具头部。在本文中使用“材料去除”来涵盖磨削和机械加工。磨削和机械加工利用不同工具头部，但是可以将相同或基本相同的机器人与不同工具头部一起使用。因此，实际上可交换地使用“机械加工机器人”和“材料去除机器人”。如在本文中所使用的“机械加工”指的是利用切割工具使金属成形，这区别于通过磨蚀去除材料的磨削工具。
侧架或承梁均具有最长尺寸，且如在本文中所使用，“纵轴线”指的是零件沿着最长尺寸的轴线。在组装的转向架中，承梁的纵轴线垂直于侧架的纵轴线。包括“上方”、“下方”和“侧面”的其它方向参考轨道车辆在常规操作中的取向。
如在本文中所使用，“多个”意指至少两个；不定冠词“一个”与“至少一个”同义。
如图1所示，装置100包括在固定基底121上的焊接机器人框架14中支撑的焊接机器人12和在相邻的材料去除机器人框架18中支撑的材料去除机器人16。可以使用悬臂起重机15使零件11在框架之间内外移动，其中，零件11固定到零件定位设备(也被称为耳轴)，该零件定位设备适用于使零件围绕其纵轴线旋转，为机器人16和机器人12提供对零件的所有侧面且沿着零件的长度的访问。
图2示出安装在导轨系统上的材料去除机器人16，该材料去除机器人16适用于使轨道27上的材料去除机器人16沿着轨道车辆零件的长度平移，以允许在工具主轴头13上的工具访问整个零件。在实施方式中，可以使零件定位设备而非机器人平移，以提供对沿着零件的整个长度上的位置的访问。
在所示的实施方式中，并排提供分别支撑焊接机器人12和机械加工机器人16的框架14和框架18。调整框架14、框架18的尺寸以将侧架容纳在其中，因此长度为10英尺到16英尺级别且宽度为5英尺到 8英尺级别的尺寸可适合于这些框架，但对操作不是关键的。这些框架通常但不一定具有大约相同的尺寸。然而，传统铣削机器使用凹形楔和道路来辅助准确地定位工件，这需要大的且非常坚硬的地基，而根据本发明的框架14、框架18直接垫高且栓接到现有底面，导致占地面积和安装成本降低，促进有成本效益地运输该设备并将该设备安装在侧架和承梁的位置上。在实施方式中，框架14、框架18具有由不大于83英寸的宽度和不大于166英寸的长度限定的占地面积。可以预期在这些尺寸上的一些变化。在一个方面中，本发明通过标准卡车运输提供整个装置100的运输。
在所示的实施方式中，六足机器人16被安装在零件11之上的滑车23上，以及焊接机器人12与零件 11齐平或在零件11之下，以提供两个机器人对零件11的访问。在这些实施方式中，可以使用在单一框架中安装的单一六足机器人，而无需如下文所讨论的单独焊接机器人。
在实施方式中，如在图2中更清楚地示出，材料去除机器人16包括基底22，该基底22适用于在轴承 23上平移、在轨道27上沿着侧架或承梁的纵轴线行驶。图2的虚线部分示出机器人16的运动范围。六个致动器24(为螺旋千斤顶的形式)在第一端附接到机械加工机器人基底22且在相对端附接到可移动平台 25。将致动器24按多组三对安装在基底和定位平台上，各组三对分别在基底22和平台25上形成三角形。该布置方式使工具保持稳定，即使当机械加工操作造成显著振动时。致动器24可以变得更长和更短且与平台25协作，以除了在轨道27上的平移之外还提供工具头部29围绕六个轴(x轴、y轴、z轴、俯仰轴、偏航轴和翻滚轴)的运动自由度。
工具变换器35(在图3中总体所示)包括在有序阵列中的多个工具。在实施方式中，工具变换器至少包括测量工具，诸如接触式探针、光探针或激光扫描器。测量工具也可以包括例如布氏硬度测量工具(用于测量铸件的材料完整性)或在本领域中已知的一个或多个类似设备。在工具变换器35中的工具的阵列可以还包括至少一个材料去除工具，诸如壳体铣削工具、面铣削工具、钻孔工具、敲击工具和磨削头部。工具变换器35适用于将多个工具中的每一个工具安装在材料去除机器人16上，从处理器32接收信号以定位从阵列选择的工具。可以在工具变换器35中包括焊接工具，如果使用仅一个机器人，则在材料去除机器人16上的主轴头13可以适用于除了安装材料去除工具之外还按顺序安装焊接工具和测量工具，从而可以通过一个机器人进行焊接、检查和材料去除。
图3为根据本发明的系统和方法的示意图，其中，用户操作用户界面30，该用户界面30适用于由用户借助用户输入设备31来操纵，且具有适用于被用户查看的显示器34。用户界面30通常包括个人计算机或触摸屏，但是理论上可以包括具有处理器32和显示器34的任何输入设备，该显示器34允许用户输入关于零件和待执行的检修的信息且查看关于检修过程的信息。该处理器适用于确定使零件符合规格所需的一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作。
用于确定用于侧架的一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作的算法如下：
用于检修的算法-侧架
取向零件
·初级基线为弹簧座
·次级基线为推力凸缘-场侧端
·第三基线为推力凸缘-内部(可以为在任一端的内部(最靠近弹簧座)凸缘)
开发基于零件中心线的坐标系
评估焊接和机械加工的最优方法
·使用最平坦的柱作为纵向基准。
·基于既不机械加工又不焊接最平坦的柱的假设确定在所有其它纵向表面上所需的机械加工和焊接的量。
·如果没有满足平坦需求的柱，则计算使最平坦的柱满足平坦需求所需的材料去除量。使用该经计算的表面作为新的纵向基线。
·基于纵向基线计算所需的机械加工和焊接的量并针对工业要求和顾客需求评估结果。这可以在侧架窗口可以或可以不需要在底座之间居中的条件下完成。侧架窗口居中为顾客选择的选项。居中侧架窗口在初始制造时未被完成且将很可能导致高很多的周期时间。
·如果焊接和机械加工的量超过工业要求或顾客需求(工业规定和顾客对可去除和重建的材料量施加限制)，则该程序使新的机械加工基线的纵轴线偏移到零件的长度下方，直到问题被解决。
·重新评估焊接和机械加工的量以确定在每个表面上所需的焊接和机械加工的深度。将重新评估所有表面以确定符合工业要求和顾客需求。重复该过程直到所有表面都在工业要求/顾客需求内。
·基于针对材料沉积或去除的各种深度的焊接和机械加工速度的控制器数据库，使用最新的焊接和机械加工计划评估预期的周期时间。然后控制器使焊接和机械加工轮廓以小的增量偏移到零件的长度下方，以确定周期时间是否增加或减少。重复该过程，直到获得最低周期时间且满足工业要求/顾客材料去除和重建需求。
·一旦获得最佳机械加工和焊接模式，则可以在用户界面上显示用于每个表面的材料去除和建造的量。重建中心将(如由用户所请求)或者等待重建计划的批准、或者自动地执行该计划。
用于确定用于承梁的一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作的算法如下：
用于检修的算法-承梁
取向零件
·初级基线为弹簧座。
·次级基线为如由四个摩擦铸造凹腔倾斜表面的中心限定的纵向中心线。
·第三基线为由垂直于前两个基线的两个平面创建的横向中心线，该横向中心线穿过中辊的轴。
开发基于零件中心线的坐标系
评估焊接和机械加工的最优方法
·基于这些基线，计算焊接沉积和材料去除的量。
·将材料(施加或去除)的量与工业要求和顾客需求相比较。
·如果材料的量超过需求，则调整基线以去除该不合规行为。
·一旦调整达到符合点，则计算周期时间。
·接着，访问基线中的小调整将被访问以确定这些调整是否产生周期时间的改善。
·如果调整减少周期时间，则调整将继续，直到使周期时间最小化。每当进行调整时，将针对工业和顾客限制评估该调整。如果已经超出限制，则将使用先前的焊接/机械加工计划。如果还未超出限制，则周期时间优化将继续。这将继续进行，直到获得创建在工业和顾客限制内的零件的最佳周期时间。
·一旦获得最佳机械加工和焊接模式，则可以在用户界面上显示用于每个表面的材料去除和建立的量。重建中心将(如由用户所请求)或者等待重建计划的批准、或者自动地执行该计划。
在前文中，可以注意到，相对于零件上的显著特征来限定管理焊接操作和材料去除操作的坐标系。“工业限制”可以包括由AAR标准或不太正式接受的工业标准确立的尺寸需求。“顾客限制”可以包括偏好，诸如完成一系列操作的被允许的周期时间。
在实施方式中，零件尺寸图通过安装在材料去除或焊接机器人头部上的测量探针来获得，且至少临时地存在于可被处理器访问的计算机可读介质中。然而，当相对于零件而非相对于机器人获得坐标系时，也可以在单独装置中单独地获得零件尺寸图，并将信息存储在计算机可读介质上以供处理器访问。
用户界面30和处理器32可以每个包括分别用于执行操作的一个或多个控制器或处理器320、322、324 和326以及分别用于存储可由处理器执行的数据和/或指令(例如软件)的一个或多个存储器单元330、332 和334，该数据和/或指令包括零件尺寸、更新的零件尺寸、以及一系列焊接操作和材料去除操作。一个或多个处理器320、322、324和326可以包括例如中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、微处理器、控制器、芯片、微芯片、集成电路(Integrated Circuit， IC)、或任何其它合适的多用途的或专用的处理器或控制器。一个或多个存储器单元330、332和334可以包括例如随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、动态RAM(Dynamic RAM，DRAM)、闪存、易失性存储器、非易失性存储器、缓存、缓冲器、短期存储器单元、长期存储器单元、或其它合适的存储器单元或存储单元。处理器32借助用户界面30与用户通信且与焊接机器人16和/或材料去除机器人12 通信，以从工具变换器35选择工具并安装该工具，以及传送由安装在零件定位设备37上的零件11上的机器人12、机器人16执行的材料去除操作和焊接操作。
为了进行根据本发明的实施方式的检修方法，使用悬臂起重机15将轨道车辆侧架或承梁装载到自动零件定位设备37(诸如耳轴)上，为机器人16、机器人12提供沿着侧架或承梁的长度的访问。焊接机器人12和/或材料去除机器人16必须被控制，从而将各自的安装工具相对于零件11而准确地设置在合适位置上。出于该目的，可以将关于零件的旋转位置和材料去除机器人16在沿着零件的长度的导轨上的位置的信息传送到处理器32。零件也可以在其上具有适用于被扫描器或类似设备读取的标记，该标记包括关于该零件的信息。然而，机器人的精确定位需要来自零件上的显著特征、来自测量工具的反馈。可以从工具变换器35选择且定位测量工具(其可以为例如接触式探针或激光扫描器)并将该测量工具安装在材料去除机器人16或焊接机器人12上。在将零件11固定到零件定位设备37之后，可以由任一机器人使用测量工具来定位关键表面。将该信息传送到处理器32。
在材料去除操作和焊接操作之前和之后的尺寸可以被处理器32存储在存储器330、存储器332、存储器334中和/或用于更新贴附到零件11的标记。标记可以包括条形码，且在实施方式中，可以提供工具以基于来自处理器的指令在零件上雕刻或蚀刻标记。
在取向之后，处理器32确定预期尺寸，诸如(a)侧架的弹簧座定心尺寸；(b)侧架的底座到底座的尺寸；(c)承梁摩擦凹腔相对于其它凹腔的宽度和/或深度和/或角度；(d)承梁摩擦铸造凹腔与承梁辊和侧轴承之间的关系；以及(e)脊面到处于承梁的相对端的摩擦铸造凹腔的取向，上述项全部为新颖的尺寸基准表面和/或基准表面组合，如下文更详细地讨论。
在实施方式中，多个预期尺寸和基准表面连同一系列焊接操作和材料去除操作由处理器32确定。一旦确定该系列操作，则焊接机器人12将达到框架中且在需求时开始添加材料。一旦焊接机器人完成了铸造的区域，则包括六足支承件的材料去除机器人16可以开始机械加工，条件是这两个机器人可以同时操作。如果不同时操作，则机器人16将等待，直到机器人16将不干扰焊接机器人12。一旦完成该系列操作，则再次探测且测量零件的关键表面以确保该零件满足在所选容差内的指定尺寸。在已确定出零件满足容差之后，例如可以打印且贴附条形码标签以唯一地识别零件。代替条形码标签，可以直接将信息雕刻到零件上。因此，处理器32必须将足够信息传送到机器人12、机器人16以允许一个或多个机器人定位且安装来自工具变换器35的工具；在沿着零件的长度的多个位置上执行焊接操作和机械加工操作；将该系列操作记录在存储器中；以及将零件的初始尺寸和更新后的尺寸记录在存储器中。
本发明的一个方面是开发可存储、更新且用于确定一系列材料去除操作和焊接操作的尺寸基准表面和基准表面组合，产生更严格的容差和改善的转向架性能。
通常，检修根据本发明的零件以确保该零件符合用于侧架或承梁的AAR标准M-214。然而，可以有利地运用AAR M-214没有明确规定的许多尺寸来改善转向架性能。
例如，在侧架中居中的弹簧组(spring nest)在历史上不受工业规定控制。不适当的居中可导致承梁不与侧架成直角，这影响垂直阻尼系统的性能和承梁/侧架连接抵抗趋向于迫使转向架脱离直角对准的力的能力。如果侧架与承梁之间的角度关系开始周期性地变化，则可在车轮和轨道上产生非常高的侧向负载，这转而导致加速磨损且可以为安全问题。
在历史上，已使用铸造到侧架中的六个“按钮”或突出部将在侧架制造和检修中的底座到底座(轮轴距) 的距离控制在特定容差内。用于标准侧架的标称车轮基底为70英寸。按钮具有0.075英寸的高度。具有 70英寸的轮轴距(在0.075英寸窗口内)的侧架将具有3个按钮。侧架从70英寸每变化0.075英寸，去除 (如果比70英寸短)或添加(如果比70英寸长)按钮。当针对转向架总成配对时，允许侧架误匹配1个按钮。然而，如果在转向架的一侧的侧架具有长于相对侧架的轮轴距，则车轴将具有不平行的趋势。因此，如果一个侧架为3个按钮且一个侧架为2个按钮，则这两个侧架可具有大约0.150英寸的轮轴距差异。由于间隙在底座中，因此即使具有轮轴距差异，车轴可以对齐以沿循直线轨迹，但是转向架可能在一个方向上(例如逆时针)比在相反方向上(例如顺时针)更好地弯曲。从这个角度看，本发明寻找开发用于确保侧架在严格容差内满足规格的新基准表面。
为了示出可用于改善转向架性能和容差的基准表面和基准表面组合，图5A为侧架50从外侧的侧视图，其包括具有中心线59的底座A、具有中心线58的底座B、和具有中心线51的侧架窗口52。根据本发明的实施方式，由左柱53和右柱54限定、具有中点51的侧架窗口52可以相对于底座居中，所述底座由底座A的面向内部的推力凸缘面56和面向外部的推力凸缘57以及底座B的相应面向的推力凸缘面55、95 限定。将侧架窗口52在底座之间居中用于保持承梁与侧架成直角，保持侧架柱与承梁上的摩擦铸件或“摩擦凹腔”(在图4C中所示的43、46、47、48)之间的合适关系。该“弹簧组居中”信息可以被存储在存储器 330、存储器332、存储器334中，由处理器32更新，且用于确定一系列材料去除操作和焊接操作，以采用根据本发明的方法检修侧架。
如果侧架窗口不在中心线上，则承梁在其位于侧架上时采取一定角度，这可以使承梁上的摩擦凹腔(在图4C中所示的43、46、47、48)的垂直阻尼不可预知。使用侧架的居中尺寸和底座到底座的尺寸，代替如在“按钮系统”中的单独地取决于侧架的长度，允许将轮轴距测量的容差保持到70英寸+/-0.020英寸。也可以更严格地控制推力凸缘对56/57与推力凸缘对55/95之间的关系，如下文所阐述。图5C从顶部示出侧架50，具有适用于接收制动梁的单元导向凹腔581的剖面细节。图5B从底部示出侧架50，其具有单元导向凹腔581的另一视角。
也可以运用承梁上的基准表面组合来产生改善的性能。图4A为承梁40的正面图，该承梁40包括弹簧座41、摩擦凹腔42、外部脊面45和内部脊面44。承梁的每个横向端部(按照轨道车辆的取向为横向的) 基本上相同。图4B为俯视图且区分内部脊面44A、44B的相对侧以及外部脊面45A、45B的相对侧。图 4C为仰视图且示出摩擦凹腔43、46、47和48的倾斜表面。
参照图4B，基准表面组合保证承梁中心板49与侧面轴承衬垫43A、43B之间的角度对齐。因为车辆主体坐落在中心板49的表面上，所以该表面设定承梁到转向架的剩余部分的角度取向。在根据本发明的方法中，一系列材料去除步骤和焊接步骤确保中心板49的表面的斜面与侧面轴承衬垫43A、43B彼此对齐并与倾斜表面43、46、47、48对齐，这确保由摩擦凹腔(43、46、47、48)提供的阻尼均匀地分布。
图4C示出摩擦凹腔倾斜表面43、46、47、48。常规地，使用计量器，可以使倾斜表面47的斜率与在承梁的同一端的倾斜表面48匹配，以及倾斜表面43可以参考倾斜表面46。但是可以不如此保持从承梁的一端到另一端的关系。倾斜表面到侧架的适当取向是必要的，以确保摩擦铸件提供正确的阻尼力以及承梁在侧架上正确地取向。因此，根据本发明，在承梁的相对端的摩擦凹腔倾斜表面之间进行基准表面组合。该信息被存储在存储器33中，可以与特定承梁相关联，并可以被处理器32更新，以确保参考在承梁的相对侧上的相应表面来机械加工或焊接摩擦凹腔倾斜表面。(从如上讨论将清楚，附图标记42指由侧壁和倾斜表面界定的摩擦凹腔，而附图标记43、46、47和48可以指摩擦凹腔或各自摩擦凹腔的倾斜表面。承梁上的四个摩擦凹腔中的每一者的布置基本上相同。)
图4A和图4B示出在摩擦凹腔42的相对侧的内部脊面44与外部脊面45之间的关系。常规的重建实践使用计量器保持在摩擦凹腔42的任一侧的内部地面与外部脊面之间(即在44A与45A之间、以及在44B 与45B之间)的指定距离。然而，在刹车应用或导致车辆相对于侧架纵向移动的任何其它纵向负荷期间，承梁内部脊面可以接合侧架柱。如果由于表面44A/44B到44C/44D之间的恶劣关系而导致承梁不垂直于侧架，则摩擦铸件可能变得翘起，不利地影响它们提供的阻尼力和直角力。因此，根据本发明的实施方式，以此方式控制摩擦凹腔尺寸，使在承梁的纵轴线的相对侧的脊面44A、44B的表面一致，产生更严格的容差和改善的转向架性能。
在承梁的相对端的脊面之间(例如在图4B中的44C与44A之间)的恶劣关系也可以导致垂直阻尼系统的恶劣性能，并降低承梁的保持承梁与侧架之间的角度关系的能力。在承梁的相对侧建立基准表面的情况下，实现了性能的显著改善。在承梁的相对纵向端的相应内部脊面之间的基准表面组合的对齐可以被存储在存储器33中、被处理器32更新、以及通常被用于确定用于检修承梁的一系列材料去除操作和焊接操作。
在安装侧壁磨损板之后在承梁的全部四个位置上的承梁凹腔的典型宽度为6.875英寸+/-0.063英寸。适合在凹腔内部的摩擦铸件的标准宽度为6.500英寸。使用在承梁的相对两端的摩擦凹腔壁作为基准表面组合，以及使用在承梁的纵轴线的相对两侧的基准表面组合使凹腔的宽度能够被标准化为6.625英寸+/- 0.030英寸。固定凹腔的宽度且减小摩擦凹腔中的尺寸的容差，确保摩擦铸件不能在凹腔内旋转，此旋转可能导致摩擦铸件变得翘起且不利地影响它们提供的阻尼力和直角力。
尽管本文中已示出且描述本发明的某些特征，但是本领域的普通技术人员将想到许多修改、替换、变化和等效物。因此应理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实主旨内的所有这些修改和变化。
参考实施方式所描述的本发明的特征可以与不同实施方式组合，而不脱离本发明的范围。同样地，在从属权利要求中描述的特征可以与一个或多个不同的独立权利要求或从属权利要求组合，且不脱离本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于制造或检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：
材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于安装工具的头部；
工具变换器，所述工具变换器包括适用于安装在所述头部上的多个工具，所述多个工具至少包括材料去除工具；
零件定位设备，所述零件定位设备适用于支撑轨道车辆零件且使所述轨道车辆零件围绕所述轨道车辆零件的纵轴线旋转；
导轨，所述导轨适用于使所述材料去除机器人或所述轨道车辆零件定位设备沿着所述轨道车辆零件的所述纵轴线平移，以将所述工具定位在沿着所述轨道车辆零件的整个长度上的多个位置处；
用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵；
计算机可读介质，所述计算机可读介质适用于包含所述轨道车辆零件的尺寸的数字图；
其中，所述工具变换器包括至少一个测量工具和至少一个材料去除工具，所述测量工具和所述至少一个材料去除工具均适用于由所述材料去除机器人定位且安装在所述材料去除机器人的所述头部上；
其中，所述材料去除机器人上的所述头部为主轴头，所述主轴头适用于安装所述测量工具和所述至少一个材料去除工具；
且其中，所述装置还包括焊接工具，其中所述焊接工具(i)被包括在所述工具变换器中且适用于安装在所述材料去除机器人的所述头部上或(ii)被安装在与所述材料去除机器人分离的焊接机器人上；
且其中，处理器适用于确定一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作,并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述轨道车辆零件的所述长度上的多个位置执行所述测量操作和材料去除操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述焊接机器人与所述材料去除机器人分离且适用于支撑焊接工具并且适用于被支撑在框架上，且其中，所述处理器适用于确定一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作，以及适用于将指令传送到所述材料去除机器人以执行所述材料去除操作、并传送到所述焊接机器人以执行所述焊接操作。
3.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括一个或多个框架，所述一个或多个框架适用于支撑所述焊接机器人、所述材料去除机器人和所述导轨，且其中，所述一个或多个框架均具有宽度为83英寸以下且长度为166英寸以下的占地面积，以及所述装置能够在标准卡车集装箱内搬运。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述材料去除机器人包括基底和六个长度可变的致动器，每个所述长度可变的致动器在第一端附接到所述基底，且在与所述第一端相反的一端附接到可移动平台，所述可移动平台为所述头部提供围绕x轴、y轴、z轴、俯仰轴、偏航轴和翻滚轴旋转的自由度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述导轨被安装在框架上且支撑所述材料去除机器人。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述零件为轨道车辆侧架或承梁。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述侧架或承梁具有识别标记，并且所述装置还包括适用于读取所述识别标记的识别标记读取器和适用于写入识别标记的识别标记写入器；其中，所述处理器适用于：
将所述侧架或承梁的尺寸记录在存储器中并使所述尺寸与所述识别标记相关联；以及
在执行所述焊接操作和所述材料去除操作之后更新识别标记，以及
写入更新的识别标记。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述识别标记在贴在所述侧架或承梁的标签上，以及所述识别标记写入器为适用于将标记应用在标签上的打印机。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述识别标记被存储在所述计算机可读介质上。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用户界面还包括触摸屏或计算机屏幕显示器。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述轨道车辆零件为侧架，且其中，所述装置还包括存储器，所述存储器适用于存储关于所述侧架的来源、所述侧架的底座到底座的尺寸、和所述侧架的弹簧座定心尺寸的识别信息。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述轨道车辆零件为承梁，且其中，所述装置还包括存储器，所述存储器适用于存储关于所述承梁的来源和所述承梁的摩擦凹腔尺寸的识别信息。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测量工具为接触式探针、光探针或激光扫描器，且其中，所述工具变换器至少包括壳体铣削工具和面铣削工具。
14.一种用于检修轨道车辆侧架或承梁的方法，所述方法包括：
将轨道车辆侧架或承梁装载到自动零件定位设备上，所述自动零件定位设备定位成为安装在一个或多个焊接机器人或材料去除机器人上的焊接工具头部和材料去除工具头部提供沿着所述侧架或承梁的长度的访问；
通过安装在所述一个或多个机器人上的自动测量工具测量所述侧架或承梁，以及使用处理器将从所述测量获得的尺寸存储在存储器中；
确定待执行的一系列焊接操作和材料去除操作；
使所述材料去除机器人或所述零件定位设备沿着所述轨道车辆侧架或承梁的纵轴线平移，以将所述焊接工具头部和所述材料去除工具头部定位在沿着所述轨道车辆侧架或承梁的整个长度上的多个位置处；
在所述轨道车辆侧架或承梁的多个不同位置上以及在沿着所述轨道车辆侧架或承梁的长度上的不同位置处执行焊接操作；以及
在所述轨道车辆侧架或承梁的多个不同位置上以及在沿着所述轨道车辆侧架或承梁的长度上的不同位置处执行材料去除操作，其中：
所述焊接操作由所述焊接机器人执行，所述焊接机器人具有焊接头部且具有与所述材料去除机器人分离的固定基底；以及
所述材料去除操作由所述材料去除机器人执行，所述材料去除机器人适用于沿着所述侧架或承梁的长度平移，所述材料去除机器人包括基底和六个长度可变的致动器，每个致动器在第一端附接到所述基底且在与所述第一端相反的一端附接到可移动平台；且其中，使所述材料机器人的主轴头上的材料去除工具围绕x轴、y轴、z轴、俯仰轴、偏航轴和翻滚轴旋转以执行所述材料去除操作。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：读取贴附到所述零件的识别标记，将所述识别标记与所述零件的尺寸相关联，以及在执行所述焊接操作和所述材料去除操作之后更新与所述识别标记相关联的所述尺寸；且其中，所述尺寸选自：
(a)侧架的弹簧座定心尺寸；
(b)侧架的底座到底座的尺寸；
(c)承梁摩擦凹腔的宽度；
(d)承梁摩擦铸造凹腔角度；和
(e)上述项的组合。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：将更新的识别信息施加在所述侧架或承梁上。
17.一种用于检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：
焊接机器人，所述焊接机器人具有固定基底和焊接头部；
材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于沿着所述轨道车辆零件的长度平移的基底，且具有适用于安装多个工具的主轴头；
布置在底面上的至少一个框架，在所述至少一个框架上安装所述焊接机器人和所述材料去除机器人；
由多个工具组成的工具阵列，其包括至少一个测量工具和至少一个材料去除工具；
耳轴，所述耳轴适用于支撑轨道车辆零件且使所述零件围绕所述零件的纵轴线旋转；
导轨，所述导轨适用于在沿着所述零件的长度的平移期间支撑所述材料去除机器人；
用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵且具有适用于被用户查看的显示器；
处理器，所述处理器适用于确定一系列焊接操作和机械加工操作，且适用于将指令提供给所述焊接机器人和所述材料去除机器人以：(a)定位且安装来自所述工具阵列的工具，(b)在沿着所述零件的长度的多个位置处执行所述焊接操作和所述机械加工操作，以及(c)将所述零件的尺寸记录在存储器中，
其中，所述焊接机器人与所述材料去除机器人分离且适用于支撑焊接工具，且其中，所述处理器适用于确定一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作，以及适用于将指令传送到所述材料去除机器人以执行所述材料去除操作、传送到所述焊接机器人以执行所述焊接操作。
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