CN113597544A - 平衡铁路车轮的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于平衡铁路车轮(2)的系统(1)，具有立式车床(11)，该立式车床具有圆柱形支撑件(14)和框架(17)，该圆柱形支撑件围绕可绕旋转轴线(A1)旋转的主轴(13)布置，该圆柱形支撑件通过连接元件(16)连接到基座(12)，该连接元件被配置成允许主轴(13)及其圆柱形支撑件(14)在垂直于旋转轴线的单一振荡方向上振荡，该框架支撑多个滑动件(18,19)以选择性地引导切割工具(20)，其中，该系统(1)具有用于计算铁路车轮(2)不平衡的实体和相位的测量装置(26)，使得立式车床(11)的控制单元(25)能够基于铁路车轮不平衡的实体和相位来控制切割工具(20)相对于铁路车轮(2)的运动。

Description

平衡铁路车轮的系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年2月14日提交的意大利专利申请第102019000002183号的优先权，其公开内容以引用的方式并入到本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于平衡铁路车轮的系统。

背景技术

像汽车车轮一样，铁路车轮需要进行平衡，以使它们在使用中的旋转不会对连接到铁路车轮的结构造成振动。

不平衡的铁路车轮的不利影响包括降低任何乘客的舒适度和加速结构的磨损，并且随着不平衡和速度的增加而变得更加明显。因此，随着高速列车的逐步普及，铁路车轮不平衡的问题也在不断恶化。

总的来说，由于铁路车轮更大的尺寸、它们的结构和所使用的材料，铁路车轮比汽车车轮重得多。

技术发展水平

专利文献公开了教导平衡汽车车轮的几份文献，其中包括WO 2005/012,867、EP607,757、EP 1,203,938和DE 24,55,279。

然而，上述用于平衡汽车车轮的系统并不是为维护铁路车轮而设计的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于平衡铁路车轮的高效且实用的系统。

根据本发明，提供了一种用于平衡铁路车轮的系统，所述铁路车轮中每一个包括轮毂和轮辋，所述系统包括：测量装置；以及立式车床，所述立式车床包括:

-基座；

-主轴，其可绕旋转轴线旋转；

-圆柱形支撑件，其围绕所述主轴布置，以可旋转地支撑所述主轴；

-卡盘，其连接到所述主轴并被配置成选择性地夹紧所述铁路车轮；

-第一连接元件，其布置在所述圆柱形支撑件与所述基座之间相对于旋转轴线在相对侧上并且被配置成允许所述主轴和所述相关圆柱形支撑件在垂直于所述旋转轴线的单一振荡方向上移位；

-框架，其与所述基座成一体并在所述卡盘上延伸；

-多个滑动件，其联接在一起并联接到所述框架上；

-切割工具，其由所述滑动件支撑；和

-控制装置，其被配置为基于不平衡的实体和相位来控制所述切割工具的运动，其中所述测量装置被配置为基于所述圆柱形支撑件相对于所述框架在振荡方向上的运动以及所述主轴相对于所述圆柱形支撑件围绕所述旋转轴线的位置来计算所述不平衡的实体和相位。

以此方式，圆柱形支撑件的第一连接元件允许圆柱形支撑件相对于基座在单一振荡方向上的小位移，沿着该方向读取与不平衡相关的信号。测量装置能够基于不平衡铁路车轮确定的小位移来计算不平衡的实体。

此外，第一连接元件被设计成将主轴、卡盘和铁路车轮的旋转轴线维持在特定位置，以允许一旦铁路车轮已经平衡就进行精整操作。换句话说，第一连接元件能够在精整阶段对工具传递的力提供足够的阻力。

具体而言，该系统包括第二连接元件，该第二连接元件布置在圆柱形支撑件与基座之间、相对于旋转轴线在相对侧上、以及围绕旋转轴线在第一连接元件之间，并且被配置成允许主轴和圆柱形支撑件在单一振荡方向上移动。

由于第二连接元件，圆柱形支撑件相对于基座被均匀地支撑。

特别地，圆柱形支撑件通过被压缩加载的第一连接元件和第二连接元件悬挂在基座上。

以此方式，圆柱形支撑件对安装在卡盘上并由主轴旋转的铁路车轮引起的不平衡敏感。

特别地，每个第一连接元件包括板簧，该板簧具有平行于旋转轴线并且垂直于振荡方向的主面。

以此方式，第一连接元件允许圆柱形支撑件与基座之间在单一振荡方向上的相对运动。

特别地，板簧具有固定到圆柱形支撑件的上端和固定到基座的下端。

以此方式，板簧沿其截面受到压缩载荷。

特别地，每个第二连接元件包括具有矩形截面和基本垂直于振荡方向的主面的连杆。

以此方式，第二连接元件允许在垂直于连杆主面和板簧主面的单一振荡方向上运动。

特别地，连杆包括固定到圆柱形支撑件的上端和固定到基座的下端。

以此方式，连杆沿其截面受到压缩载荷。

特别地，第一连接元件和第二连接元件围绕旋转轴线均匀分布。

这种配置允许以相对于基座均匀分布的方式支撑相关质量。

特别地，测量装置包括：系杆，该系杆在振荡方向上延伸，并且具有连接到圆柱形支撑件的第一端和连接到基座的第二端；以及，第一传感器，该第一传感器用于获取与系杆变形相关的第一信号。

以此方式，传感器可以被配置为检测系杆变形的称重传感器，以获得测量精度和可靠性的优势。

具体而言，测量装置包括第二传感器，该第二传感器被配置为获取与主轴相对于圆柱形支撑件围绕旋转轴线的相对位置相关的第二信号，测量装置被配置为基于第一信号和第二信号计算不平衡的实体和相位。

这允许获取信息来校正不平衡。

具体而言，测量装置被配置成通过安装在滑动件上的第三传感器至少部分地检测夹紧在卡盘上的铁路车轮的几何形状，以获取与铁路车轮的几何形状相关的第三信号。

这既提供了铁路车轮的正确几何形状，也提供了其在卡盘上的正确组装。

本发明的另一个目的是提供一种简单且实用的平衡铁路车轮的方法。

本发明还提供了一种通过如前述权利要求中任一项所述的系统来平衡铁路车轮的方法，该方法包括通过由切割工具沿着铁路车轮的轮辋的内面执行的车削操作来从铁路车轮移除质量的阶段。

以此方式，没有质量从铁路车轮的滚动表面移除。

特别地，该方法包括获取与不平衡实体相关的第一信号、与不平衡相位相关的第二信号和与铁路车轮几何形状相关的第三信号；将第一信号和第三信号与相应的阈值进行比较；并且基于第一信号、第二信号和第三信号，在与所述相位相对应的所述质量移除期间检查切割工具。

以此方式方式，可以有效且精确地平衡铁路车轮，同时将误差降至最低。

附图说明

参考附图，从以下对本发明的非限制性实施例的描述中，本发明的进一步特征和优点将变得清楚，其中：

图1是用于平衡铁路车轮的系统的透视图，其中为了清楚起见，移除了一些部件；

图2是图1的系统的剖视图，其中为了清楚起见，移除了一些部件并且示意性地示出了一些部件；

图3是图2的细节的剖视图，其中为了清楚起见，移除了一些部件并且以放大的比例示出；

图4是图1的系统的细节的透视图，其中为了清楚起见，移除了一些部件并且以放大的比例示出；以及

图5是图1的细节的平面图，其中为了清楚起见，移除了一些部件并且以放大的比例示出。

具体实施方式

参考图1，1总体上表示用于加工铁路车轮2的系统。每个铁路车轮2由铁或钢制成，围绕轴线A延伸，并且包括配备有中心孔4的轮毂3、轮辋5和将轮毂3连接到轮辋5的中间部分6。

在附图所示的示例中，参考由单个或几个零件制成的车轮2，假设本发明延伸到由单个或几个零件制成的任何类型的铁路车轮，以及任何类型的中间部分。

参考图2，轮辋5具有滚动表面7、凸缘8和两个内面9和10，这两个内面相对于中间部分6在相反侧延伸。

系统1具有执行铁路车轮2的车削操作的功能，仅限于铁路车轮2的表面精整和平衡操作。

通过对不平衡的铁路车轮2进行车削来平衡包括从铁路车轮2的由绕铁路车轮2的轴线A的相位所标识的区域移除材料质量。被移除的材料质量具有特定的几何形状并且沿着轮辋5的面9和/或10被移除。质量的几何形状连接到轮辋5的面9和/或10，以避免可能触发断裂的不连续性并围绕该相位延伸预定角度。

精车操作主要涉及滚动表面7和孔4的面。

上述车削操作可以在新的铁路车轮和磨损的铁路车轮上进行。

系统1包括立式车床11，该立式车床被配置成执行精整排屑操作。

立式车床11包括基座12；主轴13，其围绕旋转轴线A1可旋转；圆柱形支撑件14，其围绕主轴13布置，以可旋转地支撑主轴13；卡盘15，其连接到主轴13并被配置成选择性地夹紧铁路车轮2；两个连接元件16，其布置在支撑件与基座之间，以允许主轴13和相关圆柱形支撑件14在垂直于旋转轴线A1的振荡方向D1上振荡；框架17，其与基座12成一体并在卡盘15上延伸；多个滑动件18和19，其联接在一起并联接到框架18上；以及，切割工具20，其由滑动件19支撑。

特别地，立式车床11包括用于引导滑动件18的水平引导件21和用于引导滑动件19的竖直引导件22。水平引导件21由框架17支撑，而竖直引导件22由滑动件18支撑。

滑动件19支撑工具保持器转塔23，工具保持器转塔23支撑多个切削工具20并且围绕轴线A2选择性地可地旋转。

立式车床11包括：轴承C，其布置在主轴13与圆柱形支撑件14之间形成的隔间内；以及电动马达24，电动马达24也容纳在主轴13与圆柱形支撑件14之间的隔间中。在所示的情况下，电动马达24是永磁电动马达，具有直接驱动装置以使主轴13围绕轴线A1旋转。

立式车床11包括控制单元25，以根据选择的加工参数来控制切割工具20的位置和主轴13的旋转。

系统1包括测量装置26，该测量装置26集成在立式车床11中，并且被配置成检测不平衡的程度、不平衡的相对相位以及安装在卡盘15上的铁路车轮2的几何形状。具体而言，测量装置26被集成在控制单元25中，并且包括传感器27，在这种情况下为称重传感器，其被配置为获取与圆柱形支撑件14相对于基座12在关于旋转轴线A1在径向的振荡方向D1上的位移相关的信号。

测量装置26包括传感器28，在这种情况下是编码器等，其被配置为获取与主轴13相对于圆柱形支撑件14围绕旋转轴线A1的相对位置相关的信号。

参考图1，测量装置26包括传感器29，在这种情况下是探头，其被配置为获取与安装在卡盘15上的铁路车轮2的坐标相关的信号。

根据图3中更好地示出的内容，测量装置26包括系杆30，其相对端连接到圆柱形支撑件14和基座12。传感器27联接到系杆30的两端之间的部分并且被配置为获取与系杆30变形相关的信号。

参考图2，测量装置26被配置成基于传感器27和28获取的信号计算不平衡的实体和相位，以及基于通过传感器29获取的信号计算铁路车轮2的至少一部分的几何形状，而控制单元25被配置成基于计算出的不平衡的实体和相位而控制切割工具20的位置。将与铁路车轮2的几何形状相关的信号与预期参考值进行比较，以验证铁路车轮的几何形状和/或其正确组装的正确性。在测量装置26发出误差信号的情况下，铁路车轮2的加工阶段被禁止。

参考图4，圆柱形支撑件14包括凸缘31，凸缘31在圆柱形支撑件14的上端径向延伸，并具有侧面。

每个连接元件16包括板簧32和支架33，该板簧具有平行于旋转轴线A1的平板形状并且该支架用于将板簧32固定到基座12上。板簧32的上端固定到侧面，而下端通过支架33固定到基座12。特别地，板簧32的上端通过螺纹接头固定并且下端通过支架33而固定到基座12，支架33包括通过螺纹接头固定到板簧32的壁34；和垂直于壁34并通过螺纹接头固定到基座12上的壁35。

实际上，板簧32具有相对于基座12支撑圆柱形支撑件14以及允许圆柱形支撑件14相对于基座12在单一振荡方向D1上小位移的功能。

参照图5，立式车床11包括两个连接元件36，这两个连接元件相对于旋转轴线A1在相对侧布置在圆柱形支撑件14与基座12之间以及连接元件16之间。连接元件36具有相对于基座12支撑圆柱形支撑件14的功能。

参考图4，每个连接元件36包括连杆37、用于通过螺钉将连杆37固定到凸缘31的侧面的上固定块38和用于将连杆37固定到基座12的下固定块39。

每个连杆37具有矩形截面，其最大尺寸相对于旋转轴线A1基本上是径向的并且平行于板簧32的平坦主面。

在使用中，该系统能够检测由铁路车轮2的偏心引起的不平衡的程度和相位，并且在没有由铁路车轮2的不正确定位和/或由铁路车轮2相对于预期尺寸的不正确尺寸确定的误差信号的情况下，控制滑动件18和19以移除由铁路车轮2计算的相位处的质量。

简而言之，根据本发明的方法允许确定铁路车轮2的不平衡，测量不平衡并验证不平衡的可接受性。如图1和2所示，如果不平衡不在认为可接受的参数范围内，则该方法计算要移除的质量的坐标，并通过在立式车床11上沿着铁路车轮的内表面9进行精整操作来移除质量。

很明显，本发明包括未明确描述的其他变型，然而不脱离所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种用于平衡铁路车轮的系统，每个铁路车轮包括轮毂(3)和轮辋(5)，所述系统(1)包括：测量装置(26)以及立式车床(11)，所述立式车床(11)包括:

-基座(12)；

-主轴(13)，其围绕旋转轴线(A1)旋转；

-圆柱形支撑件(14)，其围绕所述主轴(13)布置，以旋转地支撑所述主轴(13)；

-卡盘(15)，其连接到所述主轴(13)并配置成选择性地夹紧铁路车轮(2)；

-第一连接元件(16)，其布置在所述圆柱形支撑件(14)与所述基座(12)之间位于相对于所述旋转轴线(A1)在相对侧上并且被配置成允许所述主轴(13)及其圆柱形支撑件(14)在垂直于所述旋转轴线(A1)的单个振荡方向(D1)上移位；

-框架(17)，其与所述基座(12)成一体并在所述卡盘(15)上延伸；

-多个滑动件(18，19)，其联接在一起并联接到所述框架(17)上；

-切割工具(20)，其由所述滑动件(18，19)支撑；和

-控制单元(25)，其被配置为基于不平衡的实体和相位来控制所述切割工具(20)的位移，其中，所述测量装置(26)被配置为根据所述圆柱形支撑件(14)相对于所述框架(12)在所述振荡方向(D1)上的位移以及所述主轴(13)相对于所述圆柱形支撑件(14)围绕所述旋转轴线(A1)的位置来计算所述不平衡的实体和相位。

2.根据权利要求1所述的系统，包括第二连接元件(36)，所述第二连接元件(36)布置在所述圆柱形支撑件(14)与所述基座(12)之间，相对于所述旋转轴线(A1)在相对侧上并且围绕所述旋转轴线(A1)布置在所述第一连接元件(16)之间，并且被配置成允许所述主轴(13)和所述圆柱形支撑件(14)在所述单个振荡方向(D1)上移位。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述圆柱形支撑件(14)通过所述第一连接元件和第二连接元件(16，36)悬挂在所述基座(12)上，所述第一连接元件和第二连接元件(16，36)被压缩加载。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，每个第一连接元件(16)包括板簧(32)，所述板簧(32)具有平行于所述旋转轴线(A1)并且垂直于所述振荡方向(D1)的主面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述板簧(32)具有固定到所述圆柱形支撑件(14)的上端和固定到所述基座(12)的下端。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中，每个第二连接元件(36)包括具有矩形截面和基本垂直于所述振荡方向(D1)的较大面的连杆(37)。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述连杆(36)包括固定到所述圆柱形支撑件(14)的上端和固定到所述基座(12)的下端。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的系统，其中，所述第一连接元件和第二连接元件(16；36)围绕所述旋转轴线(A1)均匀分布。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述测量装置(26)包括：系杆(30)，所述系杆(30)在所述振荡方向(D1)上延伸并且具有结合到所述圆柱形支撑件(14)的第一端和结合到所述基座(12)的第二端；以及第一传感器(27)，其用于获取与所述系杆(30)变形相关的第一信号。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述测量装置(26)包括第二传感器(28)，所述第二传感器(28)被配置为获取与所述主轴(13)相对于所述圆柱形支撑件(14)围绕所述旋转轴线(A1)的相对位置相关的第二信号，所述测量装置(26)被配置为基于所述第一信号和第二信号来计算所述不平衡的实体和相位。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述测量装置(26)被配置成借助于安装在所述滑动件(18，19)上的第三传感器(29)至少部分地检测夹紧在所述卡盘(15)上的所述铁路车轮(2)的几何形状，以获取与所述铁路车轮(2)的几何形状相关的第三信号。

12.一种通过根据前述权利要求中任一项所述的系统来平衡铁路车轮的方法，所述方法包括通过由所述切割工具(20)沿着所述铁路车轮(2)的所述轮辋(5)的内面(9；10；9,10)进行的车削操作来从所述铁路车轮(2)移除质量。

13.根据权利要求12所述的方法，包括以下阶段:获取与不平衡实体相关的第一信号、与不平衡相位相关的第二信号和与所述铁路车轮的几何形状相关的第三信号；将所述第一信号和第三信号与其相应的阈值进行比较；以及基于所述第一信号、第二信号和第三信号以及所述阈值，在移除所述质量的阶段控制所述切割工具(20)。

Images