杜彪

摘要：鐵路貨車車輛金屬零部件受環(huán)境介質(zhì)的作用易發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，腐蝕破壞基材，因此亟需一種鐵路貨車制動配件自動噴漆系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的養(yǎng)護(hù)。本文通過自動噴繪的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作控制結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)了多規(guī)格、多種類的制動配件混線生產(chǎn)噴漆軌跡的選擇及噴槍姿態(tài)的控制，大大提升了噴涂效率與安全性。

關(guān)鍵詞：貨車自動噴漆;噴涂作業(yè)線;機(jī)械設(shè)計(jì)

0? 引言

鐵路貨車車輛金屬零部件受環(huán)境介質(zhì)的作用易發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，腐蝕破壞基材，從而大大影響部件使用壽命，威脅到車輛運(yùn)行的安全性。為緩解車輛金屬部件的腐蝕，需對部件進(jìn)行有效的表面處理，防銹噴涂技術(shù)是提高部件耐蝕防腐性能的一項(xiàng)重要工藝。然而，受噴涂室空間狹小、環(huán)境惡劣，涂料中存在揮發(fā)性有機(jī)物等問題影響，導(dǎo)致人工噴涂在漆膜性能、噴涂效率、涂料利用率方面的瓶頸日益顯現(xiàn)，人工噴涂存在明顯的局限性[1-3]。

本文擬研制一套自動噴涂系統(tǒng)以彌補(bǔ)人工作業(yè)中的短板。系統(tǒng)通過自動化機(jī)器人替代噴涂室內(nèi)人工作業(yè)，同時(shí)配備相應(yīng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員的場外遠(yuǎn)程噴涂作業(yè)。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化噴涂作業(yè)的基礎(chǔ)上，深入研究噴涂跡線、噴射壓力、距離、角度等參數(shù)對物料附著效果、回彈等的影響，實(shí)現(xiàn)噴涂系統(tǒng)性能參數(shù)的合理設(shè)計(jì)，達(dá)到保障噴涂質(zhì)量的目的。

1? 系統(tǒng)框架

鐵路貨車制動配件自動噴漆系統(tǒng)能滿足噴涂作業(yè)的機(jī)械化和遠(yuǎn)程控制需求，達(dá)到降低作業(yè)人員工作強(qiáng)度、健康風(fēng)險(xiǎn)，并保障噴涂作業(yè)質(zhì)量的目的。系統(tǒng)包含的主要模塊有[4-6]：①運(yùn)動機(jī)構(gòu)：通過六自由度機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)噴嘴在設(shè)計(jì)空間范圍內(nèi)的自由運(yùn)動與精確定位;②自動送料系統(tǒng)：在既有的制動配件噴漆流水線上，采用合理的物料傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的均勻、連續(xù)、穩(wěn)定輸送;③自動控制系統(tǒng)：結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用需求，編制機(jī)器人控制程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人姿態(tài)、位置、軌跡的有效控制;④視頻監(jiān)控系統(tǒng)：根據(jù)噴涂室環(huán)境情況，合理布置高清攝像頭，實(shí)現(xiàn)噴涂室作業(yè)過程監(jiān)控，達(dá)到滿足遠(yuǎn)程操控需求的目的。

2? 系統(tǒng)關(guān)鍵問題分析

①在現(xiàn)有貨車制動配件防銹噴涂作業(yè)線基礎(chǔ)上，升級改造噴涂室作業(yè)裝備，將人工噴涂作業(yè)方式升級為機(jī)器人自動噴涂。保留現(xiàn)有的導(dǎo)鏈傳輸線。在噴涂間內(nèi)，其布置方式與原方式一致，對側(cè)為擋漆板，現(xiàn)操作工站立噴涂位置布置一臺噴涂機(jī)器人來代替人工作業(yè)。②采用機(jī)器人噴涂，因噴涂動作參考人工作業(yè)方式，則需要配置一套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，代替人手旋轉(zhuǎn)制動配件，制動配件在懸掛狀態(tài)能旋轉(zhuǎn)到希望角度。③通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在解決了制動配件在懸掛線掛具上的定姿態(tài)、定角度旋轉(zhuǎn)技術(shù)問題后，噴涂機(jī)器人就可以按制動配件旋轉(zhuǎn)后所處在姿態(tài)執(zhí)行相應(yīng)匹配的噴涂軌跡曲線，移動噴槍完成制動配件正對著機(jī)器人側(cè)的區(qū)域的噴涂作業(yè)。

3? 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

①噴涂機(jī)器人機(jī)械臂空間運(yùn)動范圍應(yīng)滿足：垂直方向不小于600mm、水平方向（伸縮運(yùn)動、橫移運(yùn)動）不小于300mm;②噴嘴運(yùn)動自由度技術(shù)要求滿足：繞鉛垂軸±90°，繞橫移運(yùn)動水平軸±90°;③工作效率滿足不低于30件/小時(shí);④噴涂室監(jiān)控系統(tǒng)的布設(shè)視角和數(shù)量滿足遠(yuǎn)程操作需求;⑤可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有的C64、C70、C80型鐵路貨車制動缸、副風(fēng)缸、降壓氣室、加速緩解風(fēng)缸、雙室風(fēng)缸、連接桿、控制連接杠桿、車鉤支撐座與彈簧、固定杠桿、游動杠桿、鞲鞴推桿、前后制動推桿、擋尺、人力制動機(jī)等制動配件的自動噴涂[7]。

4? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 導(dǎo)鏈傳輸線

結(jié)合榆林分公司現(xiàn)場廠修實(shí)際情況和既有的噴涂流水線，在本系統(tǒng)中，對制動配件在噴涂過程仍沿用原來的導(dǎo)鏈傳輸線，但需要對掛具進(jìn)行改造，增加旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使的掛具在噴涂過程可以按要求角度旋轉(zhuǎn)，從而滿足360°內(nèi)制動配件定角度噴涂，如圖1所示。

4.2 懸掛吊具

因現(xiàn)有的懸掛吊具是用于手動噴涂的，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人噴涂，需要對吊具進(jìn)行改造，包括：傳輸?shù)鯒U、旋轉(zhuǎn)連接機(jī)構(gòu)（主動軸、被動軸、鏈條、定位桿、吊具到位片、掛鉤）等，如圖2所示。

4.3 旋轉(zhuǎn)裝置

旋轉(zhuǎn)裝置包括夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于將懸掛吊具下部的旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)，從而將制動配件的旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對制動配件的360°的噴涂作業(yè)，如圖3、圖4所示。

懸掛吊具進(jìn)入噴漆房，由懸掛到位觸發(fā)器觸發(fā)后，工件定位桿的工作氣缸下壓，打開限位卡片，這時(shí)三個(gè)轉(zhuǎn)軸才能轉(zhuǎn)動。當(dāng)工件需要轉(zhuǎn)動角度時(shí)，齒輪齒條離合機(jī)構(gòu)通過氣缸把齒條往前推，達(dá)到齒輪齒條能齒合位置，然后齒條行走機(jī)構(gòu)帶動齒條向左運(yùn)動，推動主動轉(zhuǎn)軸上的齒輪轉(zhuǎn)動。懸掛體就位位觸發(fā)器有四次觸發(fā)，每次出發(fā)工件都旋轉(zhuǎn)90°，完成工件四個(gè)方向噴漆流程。當(dāng)工件噴漆完成后齒條行走機(jī)構(gòu)、齒輪齒條離合機(jī)構(gòu)復(fù)位，工件定位桿的工作氣缸縮回，限位卡片卡住被動轉(zhuǎn)軸1。如果上料工位限位器的卡片是正確復(fù)位卡住被動轉(zhuǎn)軸1時(shí)，懸掛單元流轉(zhuǎn)下一個(gè)懸掛單元。依次重復(fù)單元?jiǎng)幼?，系統(tǒng)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)過程中，通過接近開關(guān)檢測懸掛吊具的原點(diǎn)標(biāo)識，確定吊具的起始位置和是否旋轉(zhuǎn)結(jié)束，從而可確定吊具上制動配件的方向角，以用于機(jī)器人噴涂作業(yè)的起始軌跡。

4.4 專用掛鉤

彈簧專用掛鉤采用一串四件如圖5。

缸體類及其它旋轉(zhuǎn)體專用掛鉤如圖6所示。

板件上掛方式如圖7所示。

5? 結(jié)語

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有C64、C70、C80型鐵路貨車制動缸、副風(fēng)缸、降壓氣室、加速緩解風(fēng)缸、雙室風(fēng)缸、連接桿、控制連接杠桿、車鉤支撐座與彈簧、固定杠桿、游動杠桿、鞲鞴推桿、前后制動推桿、擋尺、人力制動機(jī)等主要制動配件的自動噴涂。通過合理的傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的自動輸送與車輛自動噴漆的有效控制。

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