轨道车辆轮对的修复设备及修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨道车辆的修复领域，尤其是一种轨道车辆轮对的修复设备及修复方法。
【背景技术】
[0002]轨道车辆(例如，地铁车辆)主要基于车轮与轨道相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现机车运行的。黏着致使车轮与钢轨的接触面不断产生磨耗，甚至产生各种损伤，磨损部位包括车轮踏面和轮缘。磨损类型有磨耗、疲劳裂纹、踏面剥离、热损伤、崩裂或各种形式的集合等。磨损的产生不但加速缩减轮轨的使用寿命，在车轮磨损至一定程序还将导致失效，危及行车安全。特别是随着铁路运输向高速、重载发展，因磨损所致的事故风险也在增加。
[0003]针对车轮的磨损，列车检修时采取的方式有更换轮对(报废)、修型、对车轮轮缘或踏面表面实行修复三种方式。轮对的报废带来巨大的经济浪费，而修型又达不到车轮的原始工艺尺寸，缩减了车轮的使用寿命，所以对车轮进行修复，并将车轮恢复至原始工艺尺寸是比较合理的方式。
[0004]当前，针对列车车轮的踏面、轮缘的修复方法设备主要有电弧堆焊、激光熔覆、等离子焊、电子束焊等。其中较成熟为电弧堆焊，但这些加工设备往往需要在修复加工后再将产品移至机械加工设备上进行二次加工，有的甚至需将轮对拆卸后对单个轮饼修复加工，轮对的拆卸容易对车轴及车轮内孔造成损伤。另外焊接加工热输入大，焊前需预热，工艺调节困难，表面成型较粗糙，加工余量大，易产生裂纹、气孔、熔塌等缺陷，工艺水平要求严格，针对不同型号的车轮其通用性不高。同样采用激光修复设备，但是基本上依然采用人工控制的方法将产品加工至需要尺寸，自动化程序低，生产效率低下，产品搬运频繁，采用的装夹方式多为三爪卡盘及或自动定心装置，对车轴轴头容易产生损伤。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种轨道车辆轮对的修复设备及修复方法，以解决现有修复过程通用性差、自动化程度低、生产效率低和拆装过程可能会产生损伤的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种轨道车辆轮对的修复设备，包括:
[0007]支撑模块和用于驱动车轮旋转的第一电机，所述支撑模块包括支撑单元、工作台和导轨，轮对架设在支撑单元上且轮子悬设在工作台上方，所述支撑单元固定在工作台上，所述工作台与导轨滑动连接；
[0008]激光修复模块，包括机器人、激光头、激光器和送粉单元，所述激光头分别与激光器、送粉单元和机器人连接；
[0009]切削加工模块，包括机械手臂、夹持刀架和刀具，所述刀具通过夹持刀架固定在机械手臂上；
[00? O ] PLC控制单元、第二电机、三维扫描仪和计算机，所述PLC控制单元分别与所述计算机、激光器、送粉单元、机器人、机械手臂、第一电机和第二电机连接，所述三维扫描仪与计算机连接；
[0011]其中，所述计算机通过三维扫描仪获取一轮子的待修复区域的信息，并与参考轮子模型比对且处理生成修复运动参数，所述PLC控制单元根据该修复运动参数控制第一电机带动轮对旋转和控制机器人带动激光头对轮子进行修复，通过所述激光器为激光头提供能源，通过所述送粉单元提供粉末，所述计算机还通过三维扫描仪获取经激光修复后该轮子的信息，并与参考轮子模型比对且处理生成切削运动参数，所述PLC控制单元根据该切削运动参数控制第一电机带动轮对旋转和控制切削加工模块对轮子切削，以切削成与参考轮子模型相同的轮子，通过第二电机驱动工作台在导轨上滑动对另一轮子完成修复操作。
[0012]进一步地，还包括打磨设备和清洗设备，所述打磨设备用于打磨待修复的轮子的表面，所述清洗设备用于清洗打磨后的轮子的表面。
[0013]进一步地，所述支撑单元包括支撑架、辅助轴箱和辅助轴承，所述支撑架与辅助轴箱可拆卸连接，所述辅助轴承与辅助轴箱可拆卸连接。
[0014]进一步地，所述支撑架为V型支撑架或U型支撑架。
[0015]进一步地，所述轮对的轴头架设在所述支撑单元上，通过所述第一电机驱动所述轮对中的轴位于两个轮子之间的部分使得轮对旋转。
[0016]进一步地，所述送粉单元包括送粉机本体和惰性气体输送单元，所述激光器为光纤激光器或半导体激光器，所述机器人为六轴机器人。
[0017]本发明还提供了一种轨道车辆轮对的修复方法，应用在上述的修复设备上，包括:
[0018]将轮对架设在支撑单元上；
[0019]通过三维扫描仪对轮对中一轮子的待修复区域进行扫描，并将获得的三维信息输送至计算机，所述计算机将该三维信息与参考轮子模型比对，并处理生成修复运动参数；
[0020]所述PLC控制单元根据该修复运动参数控制机器人带动激光头对轮子进行修复和控制第一电机带动轮对旋转，通过所述激光器为激光头提供能源，通过所述送粉单元提供粉末；
[0021]通过三维扫描仪对经激光修复后的该轮子进行扫描，并将获得的三维信息输送至计算机，所述计算机将该三维信息与参考轮子模型比对，并处理生成切削运动参数；
[0022 ]所述PLC控制单元根据该切削运动参数控制切削加工模块对轮子切削和控制第一电机带动轮对旋转，以切削成与参考轮子模型相同的轮子；
[0023]通过所述第二电机驱动工作台在导轨上滑动对另一轮子完成修复操作。
[0024]进一步地，在将轮对架设在支撑架上后，且进行三维扫描前，还包括以下步骤:
[0025]通过打磨设备对待修复的轮子的表面进行打磨操作。
[0026]进一步地，在打磨时或打磨后且进行三维扫描前，还对所述轮子的表面进行清洗操作。
[0027]进一步地，所述支撑单元包括支撑架、辅助轴箱和辅助轴承，所述支撑架与辅助轴箱可拆卸连接，所述辅助轴承与辅助轴箱可拆卸连接，当轮对上固定有轴箱时，则将所述轴箱架设在支撑架上以实现对轮对的架设，当轮对上固定有轴承时，则将所述轴承通过所述辅助轴箱架设在支撑架上以实现对轮对的架设，当轮对上未固定有轴箱或轴承时，则将所述轮对通过辅助轴承以及辅助轴箱架设在支撑架上以实现对轮对的架设。
[0028]本发明提供了一种轨道车辆轮对的修复设备及修复方法，集成了激光修复模块、切削加工模块、三维扫描仪及支撑模块对轮对进行修复。与现有技术相比，所述修复设备及修复方法实现从装夹到成品的全自动化加工，整个生产过程除了轮对装夹外，采用了全自动加工的方式，不但达到了轮对修复的要求，提升了生产效率，而且缩减了废品率，减少了加工缺陷，大大节省了人工、设备、场地、搬运等成本。且通用性强，成型质量好，不需拆卸轮对甚至不需要拆卸轴承座，避免了因拆卸造成的轴、轮内孔损伤，生产效率更高，减少了人为误差。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例提供的修复设备的原理图。
[0030]图中，1、计算机;2、激光器;3、PLC控制单元;4、送粉单元;5、机器人;6、激光头；7、三维扫描仪;8、机械手臂;9、第一电机;10、第二电机;11、支撑架；12、工作台；13、导轨；14、轮对，15:夹持刀架，16:刀具。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合示意图对本发明的【具体实施方式】进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0032]如图1所示，本发明提供了一种轨道车辆轮对的修复设备，包括:
[0033]支撑模块和用于驱动车轮旋转的第一电机9，所述支撑模块包括支撑单元、工作台12和导轨13，轮对14的轴架设在支撑单元上且轮子悬设在工作台12上方，所述支撑单元固定在工作台12上，所述工作台12与导轨13滑动连接；
[0034]激光修复模块，包括机器人5、激光头6、激光器2和送粉单元4，所述激光头9分别与激光器2、送粉单元4和机器人5连接；
[0035]切削加工模块，包括机械手臂8、夹持刀架15和刀具16，所述刀具16通过夹持刀架15固定在机械手臂8上，刀具16用于切削待加工的轨道车辆轮对；
[0036]PLC控制单元3、第二电机10、三维扫描仪7和计算机I，所述PLC控制单元3分别与所述计算机1、激光器2、送粉单元4、机器人5、机械手臂8、第一电机9和第二电机10连接，所述三维扫描仪2与计算机I连接；
[0037]其中，所述计算机I通过三维扫描仪7获取一轮子的待修复区域的信息，并与参考轮子模型比对且处理生成修复运动参数，所述PLC控制单元3根据该修复运动参数控制第一电机9带动轮对14旋转和控制机器人5带动激光头6对轮子进行修复，通过所述激光器2为激光头6提供能源，通过所述送粉单元4提供粉末，所述计算机I还通过三维扫描仪7获取经激光修复后该轮子的信息，并与参考轮子模型比对且处理生成切削运动参数，所述PLC控制单元3根据该切削运动参数控制第一电机9带动轮对旋转和控制切削加工模块对轮子切削，以切削成与参考轮子模型相同的轮子，通过第二电机10驱动工作台12在导轨13上滑动对另一轮子完成修复操作(包括激光修复操作和切割操作)。
[0038]在本实施例中，三维扫描仪7固定在激光头6上，但不以此为限。三维扫描仪7的设置位置只要使得该三维扫描仪7能够实现扫描功能即可。
[0039]在本实施例中，所述修复设备还包括打磨设备(未图示)，用于打磨待修复的轮子的表面。具体地，对轮子的表面打磨以去除杂物和氧化皮等。所述修复设备还包括清洗设备(未图示)，用于清洗打磨后的轮子的表面。通过打磨和清洗能够排除基体残留缺陷对熔覆层组织造成的不利影响；防止在激光熔覆过程中油污、氧化物等杂质对熔覆层组织造成的夹杂、气孔、裂纹等缺陷，从而提高修复质量。
[0040]在本实施例中，所述支撑单元包括支撑架11、辅助轴箱(未图示)和辅助轴承(未图示)，所述支撑架11与辅助轴箱可拆卸连接，所述辅助轴承与辅助轴箱可拆卸