（机械工程专业论文）铁路客车轴箱分解机设计研究.pdf

大连理工大学工程硕士学位论文 摘要 根据铁路客车检修规程要求，车辆滚动轴承、轴箱必须定期从轴颈上拆下清洗 检修。自1 9 9 5 年以来，我国铁路已经进行了多次大提速，新型2 5 型客车大量投 入运营，2 5 型客车配用的轴箱多达十几种，结构形状各异，给自动化分解轴箱工 作带来很大困难，迄今尚无十分理想的轴箱分解机。目前，铁路各车辆段、车轮 厂及铁路工厂等单位的客车轴箱的分解工作基本是由人工操作的，劳动强度大， 且不安全，还容易造成轴承损伤，分解后的轴箱、轴承不能自动进入到下一道工 序，工作效率很低。因此，设计一种能自动分解各种不同型号轴箱的新型轴箱分 解机是十分必要的和紧迫的。 按照沈阳铁路局科委计划，由大连车辆段负责研究设计适用于我国铁路客车使 用的2 0 2 型、2 0 6 型、2 0 9 型、2 0 9 t 型、2 0 9 p 型、2 0 9 p k 型、2 0 6 g 型、2 0 6 p 型 转向架以及准高速列车转向架如2 0 9 h s 型、2 0 6 k p 型、c w 2 型、s w 一1 6 0 型等 十几种转向架配用的各种型号辆箱分解工作的客车轴箱分解机。 应用设计方法学有关原理，从功能分析入手，利用“黑箱”法进行总功能的分析 与分解，应用形态矩阵法构思出多种可行方案，采用系统工程评价法求得最佳方案。 本设计中采用轴箱分解专用机械手及轴箱顶部外壁定位技术，成功解决了由于客车 轴箱外形各异，无法夹持及定位的难题。 该设备采用先进的p l c 程序控制，设有全自动操作和手动操作模式，并可根据 现场需要改变控制程序。全部操作过程既能自动化完成，又可以手动操作，分解 一个轮对两个轴箱的时间不超过3 分钟，并设有电脑语音提示系统，提示操作人员 按规定操作。 该设备自动化程度高，改善了操作人员的工作环境，大幅度降低了劳动强度， 提高了工作效率，适用于我国铁路客车目前使用的各种型号辆箱分解工作，是铁 路部门进行轴箱分解作业的理想设备。 该设备荣获大连铁道有限责任公司2 0 0 4 年度科学技术进步一等奖，并于2 0 0 4 年1 1 月1 6 日通过由沈阳铁路局科委组织的专家鉴定。 截至2 0 0 4 年1 2 月3 1 日，该设备已被长春车辆段、大连车辆段、兰州西车辆段、 石家庄车辆段、沈阳客车厂、吉林车轮厂、上海车辆段、广州车辆厂等单位所采 用，取得了可观的经济效益。 关键词：铁路客车；轴箱：分饵机 铁路客车轴箱分解机设计研究 a b s t ra c t b e a r i n g sa n db e a r i n gb o x e so np a s s e n g e rc a r sm u s tb ep e r i o d i c a l l yd i s m o u n t e d f r o mt h ea x l eb yt h er u l eo fi n s p e c t i o na n dr e p a i r ，t h e yn e e dt ob ec l e a n e d ，i n s p e c t e d ， a n dr e p a i r e db e f o r en e x to p e r a t i o ns i n c e1 9 9 5c h i n e s er a i l w a ys e c t o rh a su p g r a d e d t h e i n t e r - u r b a nt r a i nn e 押o r kf o raf e wt i m e sb yr a i s i n gt h ei n t e r - u r b a nt r a i ns p e e d , m o r e a n dm o r e2 5t y p ep a s s e n g e rc a r sh a v eb e e nu s e di nt h er a i l w a yp a s s e n g e r t r a f f i cs y s t e m m o r et h a u1 0t y p e so f b e a r i n g b o x e sw e r eu s e di nd i f f e r e n t 孵so f2 5t y p ep a s s e n g e r c a rb o g i e s t h es t n l c t u r ea n ds h a p eo f e a c ht y p eo f b e a r i n gb o x i sd i f f e r e n t t h i sm 8 k e s i td i 伍c u nf o rp e o p l et od i s m o u n tt h eb e a r i n gb o x e sa u t o m a t i c a l l y s of a r , n oi d e a l d i s m o u n t i n gd e v i c eh a sb e e nb r o u g h tt ot h em a r k e t a n dt h eb e a r i n g b o x e sa r eu s u a l l y d i s m o u n t e db yh a n d ，w h i c hl o w e r st h ee 伍c i e n c ya n dq u a l i t yg r e a t l y t h e r e f o r e ，i t s n e c e s s a r y t o d e v e l o p an e wd e v i c et od i s m o u n ta l lt h ec o m m o nb e a r i n gb o x e s a u t o m a t i c a l l y a c c o r d i n g t ot h ep l a no f s h e n y a n gr a i l w a yb u r e a u , d a l i a nd e p o t t a k ec h a r g eo f t h ed e v e l o p m e mw o r ko fan e wk i n do fd i s m o u n t i n gd e v i c ef o rb e a r i n gb o x e s t h e s c o p eo fa p p l i c a t i o no f t h ed e v i c es h o u l di n c l u d et h ec o m m o n b e a r i n gb o x e su s e di n d i f f e r e n tt y p e so fp a s s e n g e rc a rb o g i e s ，s u c ha s2 0 2t y p e ，2 0 6t y p e ，2 0 9 h st ) r p e ， 2 0 6 k pt y p e ，c 嗍t y p e ，s w 二1 6 0 t y p e ，e t c b a s e d0 nt h ep r i n c i p l eo f a d v a n c e dd e s i g nm e t h o d s s o m e p r i n c i p l e so rm e t h o d so f d e s i g ns u c ha s f u n c t i o na n a l y t i c a l m e t h o d ，s o l v i n gs u b f u n c t i o nm e t h o d ，b l a c k - b o x m e t h o da n ds y s t e me v a l u a t i o nm e t h o da r eu s e dt oc o n t r i v el o t so f d e s i g ns c h e m e sa n d t of i n dt h em o s tr e a s o n a b l eo n e as p e c i a lm a n i p u l a t o ra n das p e c i a lb e a r i n gb o x l o c a t i n gs y s t e ma r eu s e d t os o l v et h ep r o b l e m so f b e a r i n gb o x g r i p p i n ga n dl o c a t i n 鲁 t h ed e v i c ei sc o n t r o l l e db yp l c s y s t e m i tm a y b eo p e r a t e de i t h e ra u t o m a t i c a l l y o rm a n u a l l y t h et i m eo fo n ew o r k i n gc y c l ei sn o tm o r et h a n3m i n u t e sa n dt h ev o i c e i n d i c a t i n gs y s t e m c a nt e l lt h eo p e r a t o rt oo p e r a t et h ed e v i c e b y r u l e s t h ed e v i c ea t t a i n sah i g hd e g r e eo fa u t o m a t i o n , i ti m p r o v et h ew o r ke n v i r o n m e n t a n dr a i s et h ee f f i c i e n c yo fb e a r i n gb o xd i s m o u n t i n g i t sa ni d e a ld i s m o u n t i n gd e v i c e f o ra l lt h ec o m m o nb e a r i n gb o x e su s e di nt h ep a s s e n g e rc a r si nc h i m t h ed e v i c e g a i n e dt h ef i r s tp r i z e a ts c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s si n d a l i n nr a i l w a yl i m i t e dl i a b i l i t yc o m p a n yi n2 0 0 4a n d p a s s e dt h et e c h n i c a le x p e r t i s e o f s h e n y a n gr a i l w a y b u r e a ui nn o v 1 6 t h , 2 0 0 4 b yt h e e n do f2 0 0 4 ，t h ed e v i c eh a db e e na d o p t e d b yc h a n g c h u nd e p o t ， s h i j i a z h u a n gd e p o t ，s h e n y a n gp a s s e n g e r c a rw o r k s ，j i l i n r a i l w a yw h e e lw o r k s ， s h a n g h a id e p o t ，g u a n g z h o up a s s e n g e r c a rw o r k s ，e r e 皿l ed e v i c eh a sa c h i e v e d r e m a r k a b l e e c o n o m i c a la n ds o c i a le f f e c t s k e y w o r d s ：p a s s e n g e rc a r ，b e a r in gb o x ，dis m o u n ti n gd e v io e 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包 含为获得大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 作者始砖心隰硝“。 杰垄堡三盔堂王撰堡主兰堡堡塞 0 引言 近十多年来，我国铁路客车发展迅逋，新型2 5 烈客车已逐步祷代2 2 型客率， 成为铁路运输豹圭型客车。 辅籍蓬铁鼯客车豹重袋缝成都分，它不仅将车辚酶重量砖递绘稔对，嚣羹不 断地保持轴承的正常润滑，使车辆不问断地运行，如果轴箱发生故障，轻徽的会 嫩误行车，严滢的会使轴颈因激烈磨损丽折断，造成严重事故。 根据铁路餐车检修规稷臻求，车辆滚动轴承、轴锻必须定期从轴颈上拆下游洗 羧修。麦予2 5 爨客车琵霉熬辘蕤多迭专忍毒孛，结构形获套舅，重爨塞冗卡公厅慧 上百公斤不等，给自动化分解轴箱工作带来很大困难，迄今海无十分理想的轴箱分 解机。 目前，铁路备车辆段、车轮厂及铁路工厂等单饿的客车轴箱的分解工作基本 怒出人工操佟戆，劳动强发丈，虽不安余，还容易逢藏辘承损伤，分解后静辘耱、 轴承不能鑫秘逶入至下一遴工序，工俸效率缀低。嚣魏，市场怠髓一种缒鑫动分 解各种不同型母轴箱的新烈轴箱分解杌。 根据沈阳铁路局科委计划，由大连牮辆段研制铁路客车轴箱分解机。 本文所螭述的是由大滚车辆段研制的具有良好兼容性，适用予我国铁路客攀 搜蔫戆2 0 2 黧、2 0 6 型、2 0 9 塑、2 0 9 t 黧、2 0 9 p 蝥、2 0 9 p k 鳌、2 0 6 g 鍪、2 0 6 p 麓 转向架l 三f 及猴搿速列车转向架如2 0 9 h s 懋、2 0 6 k p 黧、c 和_ 2 型、s w 一1 6 0 型等十 几种转向架粼用的各种型母轴箱分解工作的新型自动化轴箱分解机。该机是铁路 客车厂修、段修中轴箱轴承分解检修的专用设备，其作用是将轴箱( 轴箱蓑已卸) 麸轮对上拔下，劳褥辘籍孛戆麓承退出，辘缎、辘承邀懋摇定往置。 设计孛痰糟设计方法攀霄关原瑾与方法，营截设诗鼬箱分解专耀桃械手敷取代 必持式机械平，以及采用轴箱顶部外壁慰位技术，成功解决了由于客车轴箱外形备 界，无法夹持及定位的难题。 该设备予2 0 0 3 年1 胃燕始设计，2 0 0 4 年4 胃成功地试制出第台样机，缀狻 灞，各矮撵搽筠这蜀设计簧袋。该浚务鑫动稼程废蕊，提高了工掺效率，降低了 努动强度，遥阁于我国铁路客车目前使用的十几种黧号轴箱分解工作，是铁路部 门进行轴箱分解作业的理艨设备。 该设备融被长春车辆段、大连车辆段、兰州西攀辆段、石家臌车辆段、沈阳 容攀厂、专捧攀轮厂、上海磐翡毅、广建车壤厂等攀经爱采翅爱戮广泛磐译。 该设备荣获大连铁道裔限责任公司2 0 0 4 年度辩举技术进步一等奖，并于2 0 0 4 雄1 1 月1 6 网通过由沈阳铁路局科委组织的专家鉴寇。 铁路客车轴箱分解机设计研究 1 产品规划 1 1 铁路车辆轴箱油润装置介绍 辘禳洼滤装萋是铁薅警镪豹重要缝藏端分，窀不莰终车辆夔熏爨簧递绘轮对， 耐且不断遮僚捋轴承的正常涌滑，使车辆不问断地逡稃。车辆酶轴耩油润装置裔 两种形式，即滑动轴承轴箱油润装置和滚动轴承轴箱油润装置。我豳的客车车辆 已全部采用滚动轴承轴箱油润装置。 。 铁蹉霉辆滚动轴承 我匡| 铁道释车上应用的滚动轴承均为单列向心短圆柱滚子轴承( 简称圆柱轴 承) ，主要有以下几种形式：4 2 7 2 4 q t 、1 5 2 7 2 4 q t 型，4 2 7 2 6 q t 、1 5 2 7 2 6 q t 趔，n j - 3 2 2 6 x 1 、 n j p 3 2 2 6 x 1 型。轴承豹主要规格见表1 1 “) 。 袭1 1 我国铁滋客车车辆轴承的主要规格( 革位：m m ) t a b l e1am a j o rg e o m e t r i cp a r a m e t e r sf o r b e a r i n g so np a s s e n g e rc a r ( r a m ) 墅蹩! 苎量查塑之! 丝 塞壅鎏三墼墨鎏王塞堡鎏至兰塞塑塑型 篙淼。枣糊 ，4锄勰 r c ；、r c 4 1 1 2 圆柱滚子轴承的缩构特点 黧1 1 嚣茬滚子辘承 f i g u r e l 1r o l l i n g b e a r i n g so l i p a s s e n g e r c a r ( a ) 1 5 2 7 2 4 q t 、1 5 2 7 2 6 q t 轴承 伯) 4 2 7 2 4 q t 、4 2 7 2 6 q t 轴承 i 努溅，2 一蓬拄滚予；3 僳薅絮；4 一建嚣；5 一爝动孚整舞。 匿f 柱滚予辅承一般亩肉黼、乡 圈、滚动体( 滚子) 、保持架缓成，夕 圈两侧带 肖挡边，内圈只有一侧有匿i 定单挡边( 或活动平挡圈) ，保持架、滚动体和外圈缀 成一个组件，与内圈可以赢相分离，如图1 1 所示。 太连理王大学王稷硬学擞论义 3 滚动辅承轴箱装麓 ( 1 ) 橡胶迷窝式轴箱装置 这种装踅由轴箱体、轴籀后盖、防尘挡黼、橡胶滴封、辅箱箭盏、压税等缀 成，如图1 2 所示。 鬻1 2 橡胶邃窘式轴赣装嚣 f i g u r e1 2 r u b b e r l a b y r i n t h b e a r l n ，g b o x 卜一防垒挡龋：2 一橡胶油封；3 嵇籍后益；4 一密封瞬； 卜寺蠹箱体；和穗温报警器受装藐：一鹫桎滚予辖承； 8 转藉蒋藏；9 压掇；l o 妥板攥辁；1 1 臻捡跨。 ( 赫金耩迷富式辖籁装黉 图1 。3 金属迷富式链耩装鬟 v 逸u r e1 , 3m e t a ll 翡蛹n 也b e a r i n gb o x l 一防尘挡豳：2 一轴箱体；3 一凝犍滚孑辙承；4 一轴湛报警器蜜装藐； 5 一密封圈；6 一轴越翦蕊；7 一愿擞；8 一压叛螺拴；9 防捡片。 这种装鬣由轴箱体、防尘捎塑、轴糖前盖、压授缎成。冀中轴箱翦盏、送叛 与橡胶迷富式融糖装要鲍辘镣嚣羞、聪投通愿，如燃1 ，3 所瑟嘲。 1 2 滚动轴承装鬣检修工艺介绍 我凰铁道客车率辆滚动轴承检修基本工艺流程如图1 4 所示。 程检修过援中，主要霄以下几点重要环节： ( 1 ) 辨部冲洗 ( 2 ) 轴箱和轴承的拆酾 ( 3 ) 滚动轴承和轴箱的清洗 铁路客车轴箱分解机设计研究 ( 4 ) 滚动轴承的捡修 轮 对 i h | | h l h | | h ：h l h i | h | h l h ： 醑1 4 释车圜棱滚子鞭承检修基本工裁流程 f i g u r e1 4 p r o c e s sf l o wc h a r to f b e a r m $ m a i n t e n a n c e 1 3 铁路客车轴箱分解机的用途 铁路客车轴篇分薅极是铁爨客车厂磐、敬修孛从凳霹上遥够辘蓰、辘承貔客 车检修专用设备，实现自动化邋卸轴耩、轴承工作，降低劳动强度，提高工作效率 与矮爨。 1 4 市场需求分析 1 4 1 消费者对产品功能、性能、质薰、数爨的具体要求 禳据我国镶邋客车车辆滚动轴承稳修基本工艺流程要求，辕箱、赣承分解是 客车率辆滚幼轴承检修卫艺中盼第一步，这步工作质量的好坏，直接影响车辆 滚动辘承捡貉痿蘩。工髦滚程簧求分解及拆簿薅应注意避免擦伤、碰镪辘蘸及辘 承滚渤表面。 铁路客攀辍簌分解瓠正是必灌足铁路窖车厂修、段修孛辘籀轻承邋蠲检掺熬 要求i 而研制的客率检修专用设备，其消费者为铁路各车辆段、率轮厂及铁路工厂 等数嚣家单位。该产品应能够警稳地憋鞍羲( 建会嚣个辘承) 从轮轴一端拔下， 并将辅承从轴箱内分离磷来分别送至指定彼麓，进入下一道工序。一端轴箱分解 完成后，轮对旋转1 8 0 。，再分解另一端，轮对两端轴箱论解完成后，耱对自幼翻 走。 该产品疆求具有良好的兼容性，邋用于备种型号的客车轴箱分解工作。铁路 备车鞴段、车轮厂及铗繇工厂等萃整垮应配备轴褡耱承分解杭l 吃台。 1 。4 。2 现巍类似产品的技术情况j 丑销镶趋势 ( 1 ) 喻尔滨科隆新技术开发有限赞任公司研制的轴稽分解机械手 出啥零滨科隆获技拳开发鸯限费经公霹璐割熬麓餐分解飘域手，照夹持蕊娩 械手，是上世纪八十年代针对老型客率轴箱( - t 1 1 掇速列车) 研制而成的，由于轮 黯壹经在$ 9 1 5 m m 、毒8 4 0 r a m 范瀚密是个髓枫嬗，该规竣手没鞋解决轴心线与枧 械手的精确对心问题，使得拔辅箱变得异常困难，大连车辆段曾购得一台，该机 械手由于无法工作而废弃。对予新型掇速客攀的s w - 1 6 0 型、册一2 型转向架轴籍， 4 塞捶跫三盔堂玉攫堡圭堂堡垒窭 该机械手由予秃法夹持、冤法精确对心，已不适用予耨鍪轴籍分鳞王作，近年来 配无市场需求。 ( 2 ) 大递车辆段研制的轴箱分解机 为解决辅耱分解这一黢题，丈连车辅段工程技术人员予1 9 9 9 第研翻成功l z j 墅辘麓努瓣掇，遗憾熬蔗该产品只鑫解决2 0 2 蘩、2 0 6 鍪、2 0 9 鳖三释最露凳 的f 日型客车转向架轴箱的分解工作，雨我国铁道上运膈的转向架裔2 0 2 型、2 0 6 激、 2 0 9 型、2 0 9 t 型、2 0 9 p 型、2 0 9 p k 型、2 0 6 g 型、2 0 6 p 型以及准高德列车转向絮如 2 0 9 h s 型、2 0 6 k p 型、c w 一2 型、s w 一1 6 0 型等十几种转向架，l z 卜i 型轴箱分辫 嘏豹弱隈蛙专分鹗显。该产菇只镑簧了3 台，现已燹枣场霉求。 ( 3 ) 兰州铁道学院研裁的轴箱分解机械手 该设备的研制时间是1 9 8 7 年，属夹持式机械簪，无法完成新型提速客率的 s w - 1 6 0 型、g w 2 型等转向架轴箱的分解工作。 ( 匐兰州力潆# 标技朱凑疆公司玎一l l 型轮对辘籀分舞撬 兰矮力源# 标技术膏蔽公司f j - 穗轮对辘籍分麓辊，主蘩邋糟予2 0 6 、2 0 9 殿s w l 6 0 型输对轴箱的分解，适用范围肖限。 ( 5 ) 哈尔滨威克科技股份有限公司牟由箱和轮对拆卸机 轴箱和轮对拆卸机是仅用来完成拆鲫德黑兰地铁车辆轮对上豹辘耱( 轴承泡 鬻餐在耱黯辍羰上) 、辘簇枣滚动辘承( 4 2 7 2 4 q t 、t 5 2 7 2 4 q t ) 熬- y 建设备。 1 5 可行性分析 1 】5 1 产品嚣发的必要性 随羞我鬣钦路运辕事救麓发展，铁潞主整客车己盘2 2 墼转烫2 5 鳖，2 s 蘩客 车配用的c w - 2 型、s w 1 6 0 瓤等转向架章由箱，其外形与传统轴箱有搬大不同，使用必 特式机械手赡以夹持，给自动化分解轴箱工作带来很大困难。客审检修现场急衙 一种适用于不同型号轴箱分解工作的轴簇分解专用设鍪。 嚣兹，铁瓣各车蘩交、车轮厂及镶薅工厂等摹钕瓣客车疆繁瓣分簿王终蒸零 麓由人工操作的，人工将轴箱( 内含两个轴承) 分别从轮轴两端拔下，再分别糟 铜棒、木棍等茁具将两个轴承从轴箱内推出。由于窖车常用轴箱肖十多种，黧鬣 姐几十公斤到百多公斤不等，人工操作劳动强度大，且不安全，退轴承对述容 荔造藏辘承掇经，分解震豹麓艇、鞍承不缝自动进入翻下一道王渗，工揍效率缀 低。因越，设计一静能蠡豌分解各种不黼墅号辖箱的新型辘箱分解枕是十分必簧 的和紧迫的。 。 由于现有的几种轴箱分解机( 机械手) 均无法完成新式轴箱的分解工作，新型 辘籀分勰枫一魑设诗成功将其有广桶豹市场嚣景。 1 5 2 获技术上预鞴熊遮到的水平 该机设有自动与手动操作选择按钮，能自动完成轴箱拔出、轴承退出、轴箱、 轴承输送及轮对旋转及翻轮等系列动作；设有语言提示系统，提蠢专操作者按规定 襟俸；其毒囊黪戆慕骞注，逶矮予我嚣铁 踅上运薅戆2 0 2 登、2 0 6 黧、2 0 9 型、2 0 9 t 黧、2 0 9 p 型、2 0 9 p k 垒、2 0 6 g 型、2 0 6 p 墅转向架以及准高速列车转向架如2 0 9 h s 戮、2 0 6 k p 型、c w 一2 型、s w 1 6 0 型等十几种转向架的轴箱分解工作；造型新颖、 结构合理、操作简单。该机的研制，将大大降低工人的劳动强度，提高工作效率， 铁路客车轴箱分解机设计研究 是一耪凰内处于领先地位的新型轴箱分解机。 1 。5 3 在设计、王艺等方面需要瓣决的关键阏题 ( 1 ) 对- t 不同鞑承救逶趣嫂 从裹1 。1 可以看出，铁路客车轴承从外型尺寸上分，有大小两种。因此，新 挺轴箱分解机要适用于这两种不同大小轴承。 ( 2 ) 对于不同轴箱豹遴用畿 我霪铁路客车馊耀粒转起架鸯2 0 2 型、2 0 6 型、2 0 9 型、2 0 9 t 型、2 0 9 p 型、 2 0 9 p k 型、2 0 6 g 型、2 0 6 p 型以及准高速列车转向架如2 0 9 h s 型、2 0 6 k p 型、c w 2 型、s 僻一1 6 0 型等十几种转向粲，其配用的轴箱亦备不相同，如图1 5 所示： 图1 , 5 我国铁路客车常用的部分轴箱 f i g u r e1 5v a r i o u st y p e so f b e a r i n gb o x e so np a s s e n g e rc a r s 遮藏要求爨设计豹辘箱分甥规要具芍良好载兼容性，逶赐予各秘轴籀豹分越工 作。 ( 3 ) 拔轴箱 由于轴箱矫形务异，膏的轴箱根本无法夹待，因忿不雅采庵夹持式杭械手， 6 必须另外想办法。这悬一大难点。 ( 4 ) 轴糖定位 辘籀扶轮骥上羧下惹毖矮准确定位考憝遴移遘辕零工