数控车辆不落轮车轮车床的研制.docVIP

数控车辆不落轮车轮车床的研制 一 b. 1弓 ④ 数控车辆不落轮车轮车床的研制 型孙国利三李国刚,1矽『,/ 京铁路局石家庄机车车辆配件厂’石家庄车辆段 J/占 摘要随重载高速列车的不断开行,车辆轮对擦伤和自然磨损问题日趋突出,车辆的 不落轮旋削修复轮对踏面工作势在必行.因此在数控机车不落轮车床成功的基础上,采 用中置摩擦轮驱动,微机数控,步进电机驱动刀架进给,以完成车轮踏面切削的自动加 高速重载列车的广泛应用,车辆轮对擦伤和 自然磨损的比例有较大幅度的增加.据不完 全统计.仅1995年车辆轮对擦伤情况比 1994年上升23%,这就使得车辆轮对运行 不到大修解体,便因磨损严重而停用同 时,由于双层客车和空嗣发电车的大量投入 运营.车辆的不落轮旋削修复轮对踏面势在 必行. 2设计方案分析和主要设计计算 (1)采用中置摩擦轮驱动装置,以解决 车辆轮对没有动力问题. 从国内外的一些车轮不落轮修复设备资 料看,一般采用外置摩擦轮驱动,这种结构 体积大,成本高.我们采用了中置型摩擦轮 驱动装置(见图1).这种中置式结构体积 小,结构紧凑,有效地克服了外置式体积 大,占地面积大的弊端. 1)摩擦轮驱动电机功率的计算 a)切削力的计算’ 主切削力F=Cpz.tzt,,’s’口 =7.756kN 径向切削力F=.t??口K ‘ K =4.718kN 式中——吃刀深度,=5ml~l; s——走刀量.S=1ram/转; —— 切削速度,.=80in/Illin. 图I摩擦驱动装置示意图 l车轮;2.摩擦轮;3.摩擦轮箱;4变速驱动 装置;5.万向轴器;6底座}7.油缸. 解承江石家W 式中F两边同时切削时总切削力 F=2F,=15.512kN? 总的传动效率按90%算; 驱动电机功率 N自=Ⅳ/=20.69/0.9 = 23kW; 考虑其它因素选择电机功率30kW. (2)采用微机数控系统,按编制好的加 工程序,控制步进电机驱动刀架进给.完成 车轮踏面切削的自动加工. 由于本机床要求有较大印削功率,决定 采用最大静力矩为24.5NrIll的步进电机, 对微机软件部分进行改进,涧整了脉冲当 量,增大机械传动比这样不但能获得较扭 矩 即M=24.5××:l37.8Nm 因滚动轴承支承和圆柱斜齿轮传动效率 损失较小.可忽略不计.这样步进电机输出 扭矩远远大于驱动刀架所需的扭矩50.06 Nm.因此可保证用户大的吃刀深度【额定 吃刀深度:7mm),提高加工效率 2)采用减速机构后.脉冲当量相应减 小.若保持进给速度不变.必须提高脉冲重 复频率.从而减小步进电机低频振荡正如 下列计算 脉冲当量A △3600.025(ram/$) △=05(ram/8-) 式中丝杠螺距z=6in~重复过 程,尤其是在低频运动时,更能显出这种步 进式运动特性,它使得电机在低频运动时产 生振动噪声,即常说的低频振荡.上述计算 结果表明,采用减速机构后,步进电机运行 频率提高5位,改善了电机在低速运行时低 频特性. 为了方便用户,使操作者得心应手,在 CKS013A型机车数控系统所有功能(自动 加碱刀具圆弧半径,段重复,车轮直径检 测,加工行进中变速)的基础上与配套厂家 合作,进行改进,增设了一些新的功能. 1)在计算机控制单元上直接加装进给 手摇脉冲装置,可分别控制轴向,径向步进 电机以0.01mm驱动刀架,使操作者准确 对刀和吃刀. 2)具有判频线路,在电机高速运转时, 80V/180V高低压供电,低速时,单80V 供电,同时加设了合理的电机线圈电流回 路,能把电机电流严格控制在一定范围内, 使驱动安全可靠,大大提高了系统稳定性. (3)采用液压系统控制轴心定位,摩擦 58 轮顶升,顶镐微调及轮轴压紧装置 采用液压系统体现了机电液一体化的设 计思路,可太大简化结构,缩小机床体积. 1)由液压系统控制摩擦轮顶升,将车 辆车轮顶到一定高度,油缸控制的顶镐微调 将车辆车轮中心对准双尾座中心,双尾座油 缸控制的顶尖夹紧车轮中心孔并轴向定位, 用压紧油缸控制尾座上部的压紧装置将车轮 压紧,以防切削过程中抖动. 2)液压系统压力的确定 a)摩擦轮顶升力的计算 据调查我国目前现有车辆的自重分别有 24t,43t48t,52t(双层客车),70t(发 电车),以最重的发电车为例计算 根据力矩平衡原则 G?(L/2).cos0=F?(L+L./2)cos0 FTM筹3.6kN 两中间轴顶升力F G?(L/2)ms0=F(LCOS—Ll/2?cos0) F==367.5kN 式中L为l蛹转向架间距,L=18m;G:70 t;0为顶升的升角;L为转向架车轮间 距,Ll=2.4m.按顶升力最大367.5kN计 算,单边摩擦轮顶升为183.75kN经计算 选择系统压力为l5.68M