CN114232395A - 一种自动作业轨枕螺栓扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动作业轨枕螺栓扳手，包括置于钢轨上方的扳手架，扳手架包括左行走架和右行走架，左行走架和右行走架相对一侧的前后两侧均通过弹性定位件固定连接，左行走架和右行走架均包括支架，支架顶部的前侧的左右两侧均固定安装有变速箱，两个变速箱之间通过螺栓螺母固定连接，本发明涉及铁路轨道作业技术领域。该自动作业轨枕螺栓扳手，通过采用工业相机识别螺栓位置，通过编码器、PLC控制器计算出扳手行走距离，自动运行到确切的位置，一次完成钢轨轨枕四个螺栓的扭紧和旋松，定位精度高，实现自动识别螺栓位置的同时，自动行走，自动停止，并且四工位无人化操作，大大提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。

Description

一种自动作业轨枕螺栓扳手

技术领域

本发明涉及铁路轨道作业技术领域，具体为一种自动作业轨枕螺栓扳手。

背景技术

在目前的铁路施工和维护作业中，钢轨铺设、钢轨应力放散、拆卸护轨、换轨等施工中的松紧螺栓作业为主要作业内容之一，为满足作业需要，近年各工务段大量引进了内燃机动螺栓扳手，但在用的内燃机动螺栓扳手均存在诸多设计缺陷和不足，具体包括工作人员多、内燃机气体排放对环境的污染、作业效率低、工人劳动强度大，为此，特提出一种自动作业轨枕螺栓扳手，满足工务系统钢轨维护作业需要，并有效提高作业效率、降低劳动强度，该自主作业轨枕螺栓扳手实现扭矩大、扭矩数字显示、两条钢轨两侧的螺栓自动检测、拧紧、旋松等一系列工作，并实现无人操作自动作业。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自动作业轨枕螺栓扳手，解决了目前的内燃机动螺栓扳手均存在工作人员多、内燃机气体排放对环境的污染、作业效率低和工人劳动强度大的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种自动作业轨枕螺栓扳手，包括置于钢轨上方的扳手架，所述扳手架包括左行走架和右行走架，且左行走架和右行走架相对一侧的前后两侧均通过弹性定位件固定连接，所述左行走架和右行走架均包括支架，所述支架顶部的前侧的左右两侧均固定安装有变速箱，且两个变速箱之间通过螺栓螺母固定连接，所述支架的顶部且位于变速箱的后部卡接固定有蓄电池，两个所述变速箱相背的一侧均固定安装有电动推杆，所述变速箱顶部固定安装有驱动电机，所述变速箱的输出端通过动态扭矩传感器固定安装有花键轴，所述花键轴的外表面套设并滑动连接有扳头，所述扳头外表面的顶部转动连接有拨叉，所述拨叉一侧与电动推杆的伸缩端固定连接，所述支架底部的前后两侧均固定安装有与钢轨相适配的脚架，且后侧设置脚架的左右两侧分别固定安装有行走电机和编码器，其中编码器用于记录脚架的行走距离，所述支架的底部且位于变速箱的后侧通过固定板固定连接有工业相机，所述工业相机用于检测钢轨上的螺栓，实现对螺栓的定位，一个所述支架的顶部固定安装有PLC控制器，所述PLC控制器用于控制行走电机的正反转，实现控制扳手架的前进和后退。

通过采用上述技术方案，采用工业相机识别螺栓位置，通过编码器、PLC控制器计算出扳手行走距离，自动运行到确切的位置，一次完成钢轨轨枕四个螺栓的扭紧和旋松，定位精度高，实现自动识别螺栓位置的同时，自动行走，自动停止，并且四工位无人化操作，大大提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。

本发明进一步设置为：所述弹性定位件包括定位杆和连接筒，所述定位杆的外表面与连接筒的内表面滑动接触，所述连接筒内腔的左右两侧均固定安装有与定位杆相适配的限位块，所述定位杆位于连接筒内部的外表面套设有伸缩弹簧，且伸缩弹簧的一端与限位块的一侧相接触，所述定位杆的顶部且位于限位块的另一侧开设有活动长槽口，且连接筒的顶部固定安装有与活动长槽口相适配的固定螺钉。

通过采用上述技术方案，将螺钉限位在活动长槽口中，保证定位杆和连接筒之间的活动连接，使得定位杆不能拔出，这样在伸缩弹簧的作用下，两侧的扳手架始终贴靠在钢轨内侧，保持位置的准确性。

本发明进一步设置为：两个所述定位杆分别固定安装在两个支架相对的一侧之间。

本发明进一步设置为：所述支架的左右两侧均通过连接块固定连接有塔扣子扣，所述蓄电池的左右两侧均固定安装有与塔扣子扣相适配的塔扣母扣。

通过采用上述技术方案，对蓄电池进行卡接固定，保证蓄电池的便捷拆装。

本发明进一步设置为：所述脚架包括支撑架和行走轮，所述行走轮转动安装在支撑架的一端，所述支撑架的另一端转动安装在支架的底部，所述支架的表面和支撑架的表面之间通过销轴挂设有复位拉簧，且支架顶部的前后两侧均贯穿并螺纹连接有与支撑架相适配的调节螺杆。

本发明进一步设置为：所述复位拉簧用于拉动支撑架与调节螺杆底端接触，用于保证行走轮在与钢轨接触后的稳定性，所述调节螺杆用于对支撑架的倾斜角度进行调节，实现对支架高度的调节。

通过采用上述技术方案，利用调节螺杆对支撑架的倾斜角度进行限位，利用复位拉簧向支撑架施加倾斜向调节螺杆一侧的压力，保证支撑架位置的稳定性，并且通过转动调节螺杆，实现对支撑架倾斜角度的调节，从而实现对支架高度的调节，使得装置可以进行便捷有效的高度调节。

本发明进一步设置为：两个所述行走电机分别固定安装在后侧设置两个支撑架相背的一侧，且行走电机的输出轴与行走轮的一侧转轴固定连接，两个所述编码器分别固定安装在后侧设置两个支撑架相对的一侧，且编码器的输入端与行走轮的另一侧转轴固定连接。

通过采用上述技术方案，通过行走电机驱动行走轮在钢轨上转动，利用编码器记录行走距离，在工业相机检测到螺栓后，由PLC控制器计算后，使得扳头准确定位到需要作业的螺栓位置，从而保证自动化操作的精准有效。

本发明进一步设置为：所述变速箱包括安装壳，所述安装壳的内腔从上至下依次转动安装有一级行星齿轮、行星轮架和二级行星齿轮，所述驱动电机的输出端设置为齿轮轴，该齿轮轴用于驱动一级行星齿轮转动，所述一级行星齿轮通过行星轮架驱动二级行星齿轮转动，所述二级行星齿轮的输出轴与动态扭矩传感器的顶部固定连接。

通过采用上述技术方案，变速箱设置两级行星减速，传动比大，体积小，重量轻，便于携带和运输。

（三）有益效果

本发明提供了一种自动作业轨枕螺栓扳手。具备以下有益效果：

（1）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过采用工业相机识别螺栓位置，通过编码器、PLC控制器计算出扳手行走距离，自动运行到确切的位置，一次完成钢轨轨枕四个螺栓的扭紧和旋松，定位精度高，实现自动识别螺栓位置的同时，自动行走，自动停止，并且四工位无人化操作，大大提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。

（2）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过将螺钉限位在活动长槽口中，保证定位杆和连接筒之间的活动连接，使得定位杆不能拔出，这样在伸缩弹簧的作用下，两侧的扳手架始终贴靠在钢轨内侧，保持位置的准确性。

（3）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过利用调节螺杆对支撑架的倾斜角度进行限位，利用复位拉簧向支撑架施加倾斜向调节螺杆一侧的压力，保证支撑架位置的稳定性，并且通过转动调节螺杆，实现对支撑架倾斜角度的调节，从而实现对支架高度的调节，使得装置可以进行便捷有效的高度调节。

（4）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过行走电机驱动行走轮在钢轨上转动，利用编码器记录行走距离，在工业相机检测到螺栓后，由PLC控制器计算后，使得扳头准确定位到需要作业的螺栓位置，从而保证自动化操作的精准有效。

（5）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过设置两级行星减速的变速箱，传动比大，体积小，重量轻，便于携带和运输。

（6）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过可拆装的支架设计，快速组装，单部件重量轻，搬运方便。

（7）该自动作业轨枕螺栓扳手，通过在变速箱输出端安装动态扭矩传感器，扭矩精度高，保证对螺栓的有效安全拆装。

附图说明

图1为本发明结构的主视图；

图2为本发明结构的俯视图；

图3为本发明结构的左视图；

图4为本发明图1中A处结构的放大示意图；

图5为本发明图1中B处结构的放大示意图。

图中，1、扳手架；2、左行走架；3、右行走架；4、弹性定位件；5、支架；6、变速箱；7、蓄电池；8、电动推杆；9、驱动电机；10、动态扭矩传感器；11、花键轴；12、扳头；13、拨叉；14、脚架；15、行走电机；16、编码器；17、工业相机；18、PLC控制器；19、定位杆；20、连接筒；21、限位块；22、伸缩弹簧；23、活动长槽口；24、固定螺钉；25、塔扣子扣；26、塔扣母扣；27、支撑架；28、行走轮；29、复位拉簧；30、调节螺杆；31、安装壳；32、一级行星齿轮；33、行星轮架；34、二级行星齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供以下两种技术方案：

实施例一、

一种自动作业轨枕螺栓扳手，包括置于钢轨上方的扳手架1，扳手架1包括左行走架2和右行走架3，且左行走架2和右行走架3相对一侧的前后两侧均通过弹性定位件4固定连接，左行走架2和右行走架3均包括支架5，支架5顶部的前侧的左右两侧均固定安装有变速箱6，且两个变速箱6之间通过螺栓螺母固定连接，支架5的顶部且位于变速箱6的后部卡接固定有蓄电池7，两个变速箱6相背的一侧均固定安装有电动推杆8，变速箱6顶部固定安装有驱动电机9，变速箱6的输出端通过动态扭矩传感器10固定安装有花键轴11，花键轴11的外表面套设并滑动连接有扳头12，扳头12外表面的顶部转动连接有拨叉13，拨叉13一侧与电动推杆8的伸缩端固定连接，支架5底部的前后两侧均固定安装有与钢轨相适配的脚架14，且后侧设置脚架14的左右两侧分别固定安装有行走电机15和编码器16，其中编码器16用于记录脚架14的行走距离，支架5的底部且位于变速箱6的后侧通过固定板固定连接有工业相机17，工业相机17用于检测钢轨上的螺栓，实现对螺栓的定位，一个支架5的顶部固定安装有PLC控制器18，PLC控制器18用于控制行走电机15的正反转，实现控制扳手架1的前进和后退，进一步说明，通过采用工业相机17识别螺栓位置，通过编码器16、PLC控制器18计算出扳手行走距离，自动运行到确切的位置，一次完成钢轨轨枕四个螺栓的扭紧和旋松，定位精度高，实现自动识别螺栓位置的同时，自动行走，自动停止，并且四工位无人化操作，大大提高了作业效率，降低了工人的劳动强度。

实施例二、

本实施例作为上一实施例的改进，一种自动作业轨枕螺栓扳手，包括置于钢轨上方的扳手架1，扳手架1包括左行走架2和右行走架3，且左行走架2和右行走架3相对一侧的前后两侧均通过弹性定位件4固定连接，具体的，如附图4所示，弹性定位件4包括定位杆19和连接筒20，定位杆19的外表面与连接筒20的内表面滑动接触，连接筒20内腔的左右两侧均固定安装有与定位杆19相适配的限位块21，定位杆19位于连接筒20内部的外表面套设有伸缩弹簧22，且伸缩弹簧22的一端与限位块21的一侧相接触，定位杆19的顶部且位于限位块21的另一侧开设有活动长槽口23，且连接筒20的顶部固定安装有与活动长槽口23相适配的固定螺钉24。

作为详细说明，两个定位杆19分别固定安装在两个支架5相对的一侧之间，为了保证两侧的扳手架1始终贴靠在钢轨内侧，保持位置的准确性，将固定螺钉24限位在活动长槽口23中，保证定位杆19和连接筒20之间的活动连接，使得定位杆19不能拔出。

左行走架2和右行走架3均包括支架5，支架5采用铝合金结构制作而成，支架5顶部的前侧的左右两侧均固定安装有变速箱6，且两个变速箱6之间通过螺栓螺母固定连接，其中两个变速箱6之间设置有若干个间隔均匀的与螺栓螺母相适配的贯穿孔，为两个变速箱6之间间距的调节提供便利条件，支架5的顶部且位于变速箱6的后部卡接固定有蓄电池7，蓄电池7选用锂电池，具体的，如附图3所示，为了方便蓄电池7的拆装，支架5的左右两侧均通过连接块固定连接有塔扣子扣25，蓄电池7的左右两侧均固定安装有与塔扣子扣25相适配的塔扣母扣26。

两个变速箱6相背的一侧均固定安装有电动推杆8，变速箱6顶部固定安装有驱动电机9，进一步说明，驱动电机9为高速电机2000r/min，驱动电机9同变速箱6直接相连，变速箱6由二级行星减速，保证输出转速为100-120r/min，因此减速比大，输出扭矩高，单侧钢轨的左右两个变速箱6相对钢轨位置可调，适用高铁螺栓和普通铁路螺栓，变速箱6的输出端通过动态扭矩传感器10固定安装有花键轴11，作为详细说明，在变速箱6输出端安装动态扭矩传感器10，扭矩精度高，保证对螺栓的有效安全拆装，花键轴11的外表面套设并滑动连接有扳头12，扳头12外表面的顶部转动连接有拨叉13，拨叉13一侧与电动推杆8的伸缩端固定连接，支架5底部的前后两侧均固定安装有与钢轨相适配的脚架14，具体的，如附图3所示，脚架14包括支撑架27和行走轮28，行走轮28转动安装在支撑架27的一端，支撑架27的另一端转动安装在支架5的底部，支架5的表面和支撑架27的表面之间通过销轴挂设有复位拉簧29，且支架5顶部的前后两侧均贯穿并螺纹连接有与支撑架27相适配的调节螺杆30。

作为详细说明，为了使得装置可以进行便捷有效的高度调节，复位拉簧29用于拉动支撑架27与调节螺杆30底端接触，用于保证行走轮28在与钢轨接触后的稳定性，调节螺杆30用于对支撑架27的倾斜角度进行调节，实现对支架5高度的调节。

需要说明的是，为了保证自动化操作的精准有效，两个行走电机15分别固定安装在后侧设置两个支撑架27相背的一侧，且行走电机15的输出轴与行走轮28的一侧转轴固定连接，两个编码器16分别固定安装在后侧设置两个支撑架27相对的一侧，且编码器16的输入端与行走轮28的另一侧转轴固定连接。

后侧设置脚架14的左右两侧分别固定安装有行走电机15和编码器16，其中编码器16用于记录脚架14的行走距离，支架5的底部且位于变速箱6的后侧通过固定板固定连接有工业相机17，工业相机17用于检测钢轨上的螺栓，实现对螺栓的定位，一个支架5的顶部固定安装有PLC控制器18，PLC控制器18用于控制行走电机15的正反转，实现控制扳手架1的前进和后退。

作为优选方案，变速箱6包括安装壳31，安装壳31的内腔从上至下依次转动安装有一级行星齿轮32、行星轮架33和二级行星齿轮34，驱动电机9的输出端设置为齿轮轴，该齿轮轴用于驱动一级行星齿轮32转动，一级行星齿轮32通过行星轮架33驱动二级行星齿轮34转动，二级行星齿轮34的输出轴与动态扭矩传感器10的顶部固定连接。

实施例二相对于实施例一的优点在于：将固定螺钉24限位在活动长槽口23中，保证定位杆19和连接筒20之间的活动连接，使得定位杆19不能拔出，这样在伸缩弹簧22的作用下，两侧的扳手架1始终贴靠在钢轨内侧，保持位置的准确性，利用调节螺杆30对支撑架27的倾斜角度进行限位，利用复位拉簧29向支撑架27施加倾斜向调节螺杆30一侧的压力，保证支撑架27位置的稳定性，并且通过转动调节螺杆30，实现对支撑架27倾斜角度的调节，从而实现对支架5高度的调节，使得装置可以进行便捷有效的高度调节，行走电机15驱动行走轮28在钢轨上转动，利用编码器16记录行走距离，在工业相机17检测到螺栓后，由PLC控制器18计算后，使得扳头12准确定位到需要作业的螺栓位置，从而保证自动化操作的精准有效，设置两级行星减速的变速箱6，传动比大，体积小，重量轻，便于携带和运输。

工作时，先将组装好的左行走架2和右行走架3放置在钢轨上，将定位杆19插入到连接筒20中，定位杆19插入后，伸缩弹簧22被限位块21压缩限位，拧入固定螺钉24，使得固定螺钉24拧入到活动长槽口23中，在伸缩弹簧22作用下，左行走架2和右行走架3上的内侧扳手12始终贴靠在钢轨内侧，保持位置的准确性，设备开机后，行走电机15带动行走轮28转动，实现在钢轨上的自动行走，过程中，工业相机17检测到螺栓位置后，通过编码器16记录行进距离，由PLC控制器18计算后，扳头12准确定位到需要作业的螺栓位置，直至扳头12移动至螺栓的正上方，驱动电机9启动，驱动电机9带动输出齿轮轴转动使得一级行星齿轮32进行一级减速转动，再通过行星轮架33带动二级行星齿轮34进行二级减速旋转，二级减速后驱动输出轴旋转（100-120R/Min)，输出轴通过动态扭矩传感器10同花键轴11转动，电动推杆8通过拨叉13带动扳头12移动至螺母上，驱动电机9旋转过程中，扳头12快速下降，拧紧或旋松螺母，达到设定的扭矩值之后，扳头回到初始位置，设备运行到下一个螺栓处，循环进行工作，通过PLC控制器18可设置工作里程或螺栓数量，完成后设备停机，实现无人操作。

综上所述，本申请在实际应用时，每一个工位每分钟可完成十六个螺母的松紧，是现在人工作业的4倍，同时无人化操作，大大提高了作业效率，降低了工人的劳动强度，采用铝合金结构，变速箱6二级行星减速，使设备重量大大降低，搬运非常方便。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种自动作业轨枕螺栓扳手，包括置于钢轨上方的扳手架（1），其特征在于：所述扳手架（1）包括左行走架（2）和右行走架（3），且左行走架（2）和右行走架（3）相对一侧的前后两侧均通过弹性定位件（4）固定连接，所述左行走架（2）和右行走架（3）均包括支架（5），所述支架（5）顶部的前侧的左右两侧均固定安装有变速箱（6），且两个变速箱（6）之间通过螺栓螺母固定连接，所述支架（5）的顶部且位于变速箱（6）的后部卡接固定有蓄电池（7），两个所述变速箱（6）相背的一侧均固定安装有电动推杆（8），所述变速箱（6）顶部固定安装有驱动电机（9），所述变速箱（6）的输出端通过动态扭矩传感器（10）固定安装有花键轴（11），所述花键轴（11）的外表面套设并滑动连接有扳头（12），所述扳头（12）外表面的顶部转动连接有拨叉（13），所述拨叉（13）一侧与电动推杆（8）的伸缩端固定连接，所述支架（5）底部的前后两侧均固定安装有与钢轨相适配的脚架（14），且后侧设置脚架（14）的左右两侧分别固定安装有行走电机（15）和编码器（16），其中编码器（16）用于记录脚架（14）的行走距离，所述支架（5）的底部且位于变速箱（6）的后侧通过固定板固定连接有工业相机（17），所述工业相机（17）用于检测钢轨上的螺栓，实现对螺栓的定位，一个所述支架（5）的顶部固定安装有PLC控制器（18），所述PLC控制器（18）用于控制行走电机（15）的正反转，实现控制扳手架（1）的前进和后退。

2.根据权利要求1所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述弹性定位件（4）包括定位杆（19）和连接筒（20），所述定位杆（19）的外表面与连接筒（20）的内表面滑动接触，所述连接筒（20）内腔的左右两侧均固定安装有与定位杆（19）相适配的限位块（21），所述定位杆（19）位于连接筒（20）内部的外表面套设有伸缩弹簧（22），且伸缩弹簧（22）的一端与限位块（21）的一侧相接触，所述定位杆（19）的顶部且位于限位块（21）的另一侧开设有活动长槽口（23），且连接筒（20）的顶部固定安装有与活动长槽口（23）相适配的固定螺钉（24）。

3.根据权利要求2所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：两个所述定位杆（19）分别固定安装在两个支架（5）相对的一侧之间。

4.根据权利要求1所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述支架（5）的左右两侧均通过连接块固定连接有塔扣子扣（25），所述蓄电池（7）的左右两侧均固定安装有与塔扣子扣（25）相适配的塔扣母扣（26）。

5.根据权利要求1所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述脚架（14）包括支撑架（27）和行走轮（28），所述行走轮（28）转动安装在支撑架（27）的一端，所述支撑架（27）的另一端转动安装在支架（5）的底部，所述支架（5）的表面和支撑架（27）的表面之间通过销轴挂设有复位拉簧（29），且支架（5）顶部的前后两侧均贯穿并螺纹连接有与支撑架（27）相适配的调节螺杆（30）。

6.根据权利要求5所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述复位拉簧（29）用于拉动支撑架（27）与调节螺杆（30）底端接触，用于保证行走轮（28）在与钢轨接触后的稳定性，所述调节螺杆（30）用于对支撑架（27）的倾斜角度进行调节，实现对支架（5）高度的调节。

7.根据权利要求5所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：两个所述行走电机（15）分别固定安装在后侧设置两个支撑架（27）相背的一侧，且行走电机（15）的输出轴与行走轮（28）的一侧转轴固定连接，两个所述编码器（16）分别固定安装在后侧设置两个支撑架（27）相对的一侧，且编码器（16）的输入端与行走轮（28）的另一侧转轴固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种自动作业轨枕螺栓扳手，其特征在于：所述变速箱（6）包括安装壳（31），所述安装壳（31）的内腔从上至下依次转动安装有一级行星齿轮（32）、行星轮架（33）和二级行星齿轮（34），所述驱动电机（9）的输出端设置为齿轮轴，该齿轮轴用于驱动一级行星齿轮（32）转动，所述一级行星齿轮（32）通过行星轮架（33）驱动二级行星齿轮（34）转动，所述二级行星齿轮（34）的输出轴与动态扭矩传感器（10）的顶部固定连接。

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