牽引電機(jī)聯(lián)軸節(jié)自動(dòng)裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

劉金鵬,周 浩,金 銘

武漢地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司,湖北 武漢 430000

0 引言

地鐵列車聯(lián)軸節(jié)裝配在牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)端和齒輪箱之間,負(fù)責(zé)傳遞牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力,起著至關(guān)重要的作用。在大架修時(shí),需對(duì)牽引電機(jī)聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行拆裝維護(hù)[1]。

目前聯(lián)軸節(jié)壓裝采用的是軸向力和徑向力相互配合的人工壓裝法,即人工操作油泵控制油壓徑向力來(lái)擴(kuò)張聯(lián)軸節(jié),控制油壓軸向力來(lái)壓裝聯(lián)軸節(jié)。此過(guò)程工藝要求高、操作難度大,徑向壓力、軸向壓力過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)造成壓裝失敗,甚至損傷孔軸壓裝面,對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)留下安全隱患。針對(duì)目前聯(lián)軸節(jié)壓裝設(shè)備的不足,本文提出一種基于PLC的牽引電機(jī)聯(lián)軸節(jié)自動(dòng)裝配系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化快速組裝、拆卸,同時(shí)避免人為因素導(dǎo)致的安裝精度差,降低聯(lián)軸節(jié)和軸的劃傷、聯(lián)軸節(jié)與軸的蠕退風(fēng)險(xiǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

聯(lián)軸節(jié)與電機(jī)軸采用錐度過(guò)盈連接,裝配過(guò)盈量在0.19～0.22 mm,壓裝時(shí)要求用高壓油脹開(kāi)聯(lián)軸節(jié),再用中空油缸將聯(lián)軸節(jié)壓入軸中,保壓30 min,壓裝精度在0.1 mm之內(nèi)。聯(lián)軸節(jié)壓裝時(shí),將高壓油輸油螺桿擰緊在軸端孔中并套上止推墊圈;安裝中空油缸并用螺母鎖緊;在高壓油輸油螺桿另一端連接高壓泵。工作時(shí)高壓泵開(kāi)啟輸出190 MPa左右高壓油將聯(lián)軸節(jié)脹開(kāi),并使聯(lián)軸節(jié)與軸表面之間充滿潤(rùn)滑油液防止劃傷,再開(kāi)啟低壓泵,低壓泵提供40 MPa左右的高壓油驅(qū)動(dòng)中空油缸將聯(lián)軸節(jié)壓入軸上[2]。

本設(shè)備由液壓系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操作控制等部分組成。其中,液壓系統(tǒng)主要包括油泵、單向閥、精密過(guò)濾器、電磁換向閥、比例溢流閥等;測(cè)量系統(tǒng)主要包括位移傳感器、壓力傳感器等;控制系統(tǒng)主要包括PLC、增/減壓開(kāi)關(guān)、啟停按鈕、急停按鈕等;操作系統(tǒng)主要為觸摸屏人機(jī)交互界面。PLC實(shí)時(shí)分析壓力、位移傳感器采集的壓力泵的輸出量和聯(lián)軸節(jié)的位移量,進(jìn)而對(duì)繼電器和電磁閥按照設(shè)定的拆裝流程進(jìn)行精確閉環(huán)控制。觸摸屏與PLC之間采用網(wǎng)口通信完成操作指令下發(fā)和過(guò)程數(shù)據(jù)顯示。設(shè)備整體為可移動(dòng)柜體,高壓泵及控制閥件安裝在柜體內(nèi),電氣控制部分集成在柜體上部操作面板上。

牽引電機(jī)聯(lián)軸節(jié)自動(dòng)裝配設(shè)備如圖1所示。

圖1 牽引電機(jī)聯(lián)軸節(jié)自動(dòng)裝配設(shè)備

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)裝配設(shè)備液壓系統(tǒng)如圖2所示,圖中左側(cè)為液壓控制部分,右側(cè)為前端壓裝工裝部分。比例溢流閥用于增壓、調(diào)整油泵壓力;電磁換向閥用于控制油路的切斷和導(dǎo)通;液壓增壓器用于將0～20 MPa壓力放大為一路最高200 MPa、一路最高68 MPa,分別作用于聯(lián)軸節(jié)壓裝的徑向和軸向。

1—箱體;2—油泵電機(jī);3—聯(lián)軸器;4—雙聯(lián)油泵;5—為精密過(guò)濾器;6—單向閥;7—壓力傳感器;8—壓力表;9—比例溢流閥;10—電磁換向閥;11、12—增壓器;13—壓力表;14—壓力傳感器;15—壓力表;16—壓力傳感器;17—直通針線。

高壓液壓泵提供設(shè)備所需的壓裝力,在電磁換向閥的控制下控制壓裝力的大小,按照設(shè)定參數(shù)完成主壓油缸的壓裝動(dòng)作。設(shè)備啟動(dòng)后,電磁換向閥10打開(kāi)導(dǎo)道,高壓液壓油進(jìn)入壓裝工裝的管路,達(dá)到所需壓力后,電磁換向閥截止保壓;若壓力過(guò)大則電磁換向閥泄壓,下降到所需壓力時(shí)電磁換向閥截止。機(jī)械式壓力表便于操作者觀察。在工作過(guò)程中液壓回路壓力最高達(dá)到190 MPa的超高壓,油泵、電磁換向閥、壓力表、管路及接頭均滿足200 MPa的使用要求。其主要零部件型號(hào)參數(shù)如表1所示。

表1 液壓系統(tǒng)主要零部件

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)備采用西門子S7-1200 1214 DC/DC/RLY緊湊型PLC,PLC電源采用西門子PM207 3 A,交換機(jī)采用西門子SCM1277,人機(jī)交互系統(tǒng)(HMI)采用威綸通MT8106iP型觸摸屏。觸摸屏與PLC之間采用基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)(PROFI NET)讀取PLC中的數(shù)值并顯示。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作模式和手動(dòng)操作模式。①全自動(dòng)操作模式。系統(tǒng)按照設(shè)定參數(shù)自動(dòng)完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程,過(guò)程中無(wú)須人工干預(yù)。測(cè)試時(shí)可在顯示屏上查看生成的壓力曲線、時(shí)間等參數(shù)。②手動(dòng)操作模式。通過(guò)設(shè)備操作面板徑向(加壓/泄壓)自復(fù)位旋鈕、軸向(前進(jìn)/后退)自復(fù)位旋鈕,操作控制徑向/軸向壓力完成聯(lián)軸節(jié)裝配。表2、3為部分PLC輸入輸出點(diǎn)位分配表。

表2 部分PLC輸入點(diǎn)位分配表

表3 部分PLC輸出點(diǎn)位分配表

聯(lián)軸節(jié)壓裝的過(guò)程可分為以下階段。

1)增大徑向張力至50 MPa,相應(yīng)增大軸向推力。

2)增大徑向張力至100 MPa,相應(yīng)增大軸向推力。

3)增大徑向張力至150 MPa,相應(yīng)增大軸向推力。

4)增大徑向張力190 MPa,相應(yīng)增大軸向推力。

5)位移傳感器監(jiān)測(cè)壓裝到位后,徑向泄壓,軸向推力保壓30 min后泄壓。

觸摸屏可以監(jiān)視系統(tǒng)壓力、位移數(shù)據(jù),并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定及上傳。操作臺(tái)通電后觸摸屏?xí)疗?待觸摸屏運(yùn)行程序工作正常后會(huì),點(diǎn)擊觸摸屏任意位置可跳轉(zhuǎn)至操作畫(huà)面。

操作界面如圖3所示。操作畫(huà)面會(huì)顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài),例如徑向(軸向)油缸當(dāng)前壓力、軸向油缸當(dāng)前位置、徑向(軸向)系統(tǒng)當(dāng)前壓力、當(dāng)前自動(dòng)步驟等,并且可以設(shè)置徑向(軸向)油缸工作壓力值。

圖3 操作界面

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

設(shè)備操作面板及實(shí)物操作如圖4、5所示。圖4中,“急?！睘樽枣i按鈕,當(dāng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)緊急狀況可拍擊此按鈕用以停止油泵,液壓系統(tǒng)會(huì)處于卸壓狀態(tài),若在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下按下則會(huì)強(qiáng)制結(jié)束自動(dòng)運(yùn)行并停止電機(jī)的運(yùn)行;“試驗(yàn)開(kāi)始”為復(fù)位按鈕,當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)具備自動(dòng)運(yùn)行條件時(shí)可以按下此按鈕開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行程序,當(dāng)再次按下此按鈕則停止自動(dòng)運(yùn)行;“徑向加壓、卸壓”為選擇復(fù)位開(kāi)關(guān)旋鈕,當(dāng)油泵運(yùn)行方向正常并且設(shè)置好了相應(yīng)壓力參數(shù)后,可以通過(guò)操作此旋轉(zhuǎn)對(duì)徑向油缸進(jìn)行加壓或卸壓操作(即油缸的伸出或縮回)。本項(xiàng)目在武漢地鐵11號(hào)線經(jīng)過(guò)大量壓裝、拆卸實(shí)驗(yàn),論證了本設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

圖4 設(shè)備操作面板

圖5 實(shí)物操作

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)驗(yàn)證,設(shè)備壓力控制準(zhǔn)確,有效避免了孔軸損傷及聯(lián)軸節(jié)蠕退問(wèn)題,具有可靠性;省去人為反復(fù)確認(rèn)壓力、測(cè)量壓裝量及反復(fù)壓手柄動(dòng)作,具有高效性;一鍵操作,降低操作人員技能需求,具有易操作性;設(shè)有急停和高、低壓泵手動(dòng)泄壓功能,具備安全性。