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        接触网零部件机械加工智能化改造

        摘要:在接触网关键零部件机械加工中准确采取生产线改造措施能够提升零部件智能化加工水平。基于此,文章详细阐述了抱箍类零件钻攻柔性、中间接头结构钻攻、滑轮轴车削、挡块加工、棘轮轮体加工这几个接触网关键零部件机械加工方面的智能化改造,希望能够为接触网零部件智能化加工技术的发展提供助力。

        关键词:关键部件;机械加工;挡块加工

        接触网主要作用是为列车输送电流,是列车供电系统的重要组成部分,因此人们对接触网运行的稳定性要求较高,使得接触网关键零部件的加工成本增加。为此,相关工作者应深入研究零部件的智能化加工方法,并采取有效加工工艺改造措施,提升零部件加工的智能化水平,优化零部件机械加工的性价比。

        1智能化改造研究意义

        接触网主要是指供受电弓取流,在列车轨道上空沿轨道以“之”字形架设的高压输电线,其中通常包含支持装置、定位装置、接触悬挂、基础、支柱等部分。一般来说,在高铁运行系统中,接触网停电、接触网与电弓之间的接触不良等问题,在很大程度上源于接触网关键零部件性能问题,而为了保障零部件性能的可靠性,人们通常需要投入大量的资金成本在零部件的机械加工生产中,造成了接触网关键零部件制造成本高的问题,制约了高铁技术的发展。为此,需要进一步更新接触网关键零部件生产技术,使其能够跟上高铁技术的发展步伐。在此过程中,研究者提出了提升零部件机械加工智能化水平的方法,并展开了对各接触网关键零部件机械加工工艺改造设计研究,意在通过提升机械加工生产线的智能化水平,来优化零件生产速度,保障零件性能质量,促进铁路电气化建设事业的发展。

        2智能化设计研究

        2.1关键零部件类型

        在接触网的运作中起到主要作用的零部件通常分为六大类,即定位装置、腕臂装置、中心锚结、下锚装置、整体吊弦、电连接装置。当受电弓取流时,接触网中的导线需要利用定位、腕臂装置,使导线与受电弓之间保持均匀摩擦,以免出现局部剧烈磨损,导致两者之间的接触不良问题,因此,上述两类装置作为影响接触网系统使用性能的重要因素,在此次研究中被纳入到了机械加工智能化改造的范畴内。此外,在列车供电系统的实际运作中,放电间隙、接触电阻增大造成的拉弧现象,作为容易影响列车运行的故障之一,其主要源于下锚装置的性能问题。在此过程中,由于该装置应用职能为向供电导线提供额定张力,因此,在其正常发挥效用时能够将电弓取流和高速通过过程中,由摩擦力形成的电弓振动波,控制在常规范围内,消除拉弧问题,一旦该装置存在性能上的不稳定,则很容易造成了供电系统运行故障,不利于列车的可靠运作,为此,研究者将下锚装置类型的关键零部件机械加工工艺纳入智能化改造内容中,保障此次改造设计的全面性和有效性。基于上述论述,研究者经过归纳总结,将需要进行机械加工工艺改造的关键零部件具体种类列为5项,即腕臂类装置中起到连接作用的抱箍类零部件,以及下锚类装置中的挡块、轴类、棘轮轮体、中间接头零部件。

        2.2抱箍类零件钻攻柔性加工改造设计

        就目前来看,抱箍类零部件一般采用热模锻工艺成型,然后借助钻5-Φ13、3-Φ13等工具,进行机械连接通孔加工。在此过程中,研究者为了优化该部件的连接精度,需要增强圆弧两侧孔洞与圆弧中心之间的对称度,因此,研究者选用数控钻攻技术,来实现抱箍类零部件机械加工的智能化改造。该零部件的机械加工智能化改造主要分为四个层次,即物料运转、机床上卸料、加工单元、夹具。在物料运转改造中,采用了直线滑道圆弧定位设计、步进电机链条驱动技术,并应用了传感设备,支持60、48两种规格抱箍类零部件中各个结构在料道上顺利滑动,而且能够在无料时进行提醒。还采用了机器人工装、手爪,实现物料系统的智能化运作。在机床上卸料方面,在2台数控钻攻中心之间,设置了6轴节、双手抓设计的机器人,可承受10kg的额定负载、1450mm的工作区域范围以及0.05mm及以下的重复定位精度。在加工单元方面,选用了VCP-400L的小型龙门式加工中心,并通过计算为其配置了23.5/35NM的大扭矩主轴。在夹具上,在综合考虑机器人工作空间、料道设计、加工中心维保预留通道等多个方面,并通过计算之后,采用了偏心距为170mm的偏心设计,而且将夹紧松开动作纳入机床指令控制范围内,为工作者的加工逻辑控制提供了便利。

        2.3中间接头结构钻攻加工改造设计

        中间接头结构虽然属于下锚类零部件,但其在生产布局上与上述的抱箍类零部件相似,因此,在此次机械加工智能化改造上,针对中间接头结构,需要从4个方面开展改造工作,即物料运输、卸料、加工单元、夹具。在物料运输中,中间接头结构的智能化机械加工设计改造内容与抱箍类零部件的加工改造相同,采用上下料道的结构,结合步进机链条驱动来构建物料运输系统。在卸料系统中,采用外形定位设计来进行毛坯定位,设计相应的机器人手爪、工装夹具,以便于更好地兼容复合轨道中间接头零部件的加工。从整体上来看,该项零部件加工的程序主要是以两个加工单元为中心,中间结构零部件结构,先经过上料物流,到加工单元中心,然后从被传输至下料物流、上料物流,再进入另外一个加工单元中心,最后来到下料物流中,完成机械加工过程,同时,结合辅助顶紧液压缸、主压紧缸等加工工具,配合机器人设备,可以实现智能化的中间接头钻攻加工,有助于下锚装置性能的稳定性和可靠性,促进高铁技术的优化发展。

        2.4滑轮轴车削加工改造设计

        滑轮轴车削加工是进行下锚装置中轴类零部件机械加工的生产线,通过对该生产线进行智能化改造,能够增强轴类零部件的生产效率和性能。一般来说,该类零部件需要2次装夹工序才能完成加工任务,因此此次改造设计中依然要采用两个加工单元的模式,来对该生产线进行优化设计。优化改造设计主要包含物料运转、加工单元装卸料、加工单元、卡盘、质量检测等这五项内容。其中物料运转,采用3m长的步进电机驱动履带式料道设计,并在下料道的定位块上,设置尼龙垫来保护部件产品表面质量。在装卸料系统优化中,选用S20桁架机器,来对两台车削中心进行卸料操作。在加工单元优化上,综合考虑轴类零件的外径、长度等情况,选择了斗山PUMA215Ⅱ数控车削中心,来构建加工单元,并将其以“一”字形布局,以便于机器进行自动化的卸料操作,而且为其配备了70bar高压冷却液断削系统,防止切屑划伤产品表面。在加工单元的具体选用上,研究者需要将主轴的最高转速设置在4500r/min以下、高速扭矩在70N•m以上、低速扭矩在127N•m以上,这样可以保障加工单元的使用性能,优化最终改造效果。在卡盘、质量检测方面,选用液压自动卡盘,并在其与工件的接触面位置,镶嵌了非金属柔性材料,同时,在加工单元之间,构建一个自动抽检平台,结合人工检验操作,优化了轴类零部件的加工质量。

        2.5挡块加工改造设计

        挡块与轴类零部件相同,也需要两次装夹才能完成机械加工,依然采用了“一”字形的加工单元布局,将桁架机器设置在两台机械加工设备之间,使其同时在两个加工单元中,开展装卸料、串并操作,同时,还在设备之间预留出相应的维护保养空间,保障机械设备运作的可靠性。但在此过程中,由于挡块结构的长度比轴类零部件短,其毛坯直径仅为Φ50mm,因此,在物料运转系统的构建中,选用六工位盘形式的上下料系统设计,而且在机械加工过程中,为了保障机器人工作频率的准确性,还要根据整体工序内容,来划分两个加工单元的工艺内容,使两个单元的加工时长大致相等,实现两者的节拍匹配,确保智能化生产线的顺利运作。此外,为了强化档块零部件机械加工生产线的柔性,通过选择高智能化的数控设备作为加工单元,使该生产线得以支持多种类型的档块零部件加工,增强了机械加工生产线的整体生产能力,有助于接触网关键零部件机械加工智能化的发展。

        2.6棘轮轮体加工改造设计

        棘轮轮体的机械加工内容以轴孔为主,现行的加工工艺为数控车削中心加工,需要两次装夹定位操作,但这两次定位操作通常难以实现基准重合,使零部件呈现出轴承装配孔同轴程度超差,棘轮出现跳动尺寸超差缺陷,影响系统运转效果。为此,提出采用立式加工中心,结合一套绕X轴自由翻转的工装,将轴孔加工仅经历一次定位,即可完成,解决了传统工艺模式下,两次加工基准不重合的问题,全面优化加工效率和效果。在此过程中,采用轮体的测平面作为夹具的轴向定位基准,然后以4只转角油缸夹紧棘轮耳缘进行装夹定位,并为装夹系统配备了聚缩醛垫块,防止机械加工对工件产生损伤,同时,利用涡轮蜗杆传动机制,结合液压马达驱动,实现了自由翻转工装中的翻转动作,使棘轮2个面镗孔的铣削加工可以在一次定位中完成。此外,在夹具优化方面,采用具有2条油路的液压工装夹具,并使其应用电磁阀、电机处于加工中心的控制中,使用者通过向中心输入控制信号、程序,即可实现机械加工控制,提升了机械加工智能化水平。

        3结果分析

        在接触网关键零部件的机械加工中,将经过上述优化的零部件生产工艺应用到了实际生产中,结果显示,经过优化后的生产线具有高效、高质量、智能化水平高的特点,同时,生产线运行的可靠性也得到了强化。因此,上述接触网零部件机械加工智能化改造措施可以应用到实际生产中,有助于零部件机械加工水平的发展。此外,工作者还将经过优化后的生产工艺所生产的接触网关零部件应用到了接触网关的建设中,进行了一段时间的运行测试,测试结果显示,抱箍类零件、中间接头结构、滑轮轴、挡块、棘轮轮体这几项关键零部件的使用性能足够保持接触网关长时间维持优质的运作状态,并其相较于传统加工条件下生产的零部件,具有更强的耐用性和可靠性,使接触网关结构的性能得到了深入优化,由此可见,此次设计的改造措施,不仅可以提升零件加工效率,而且还能优化接触网关的运行质量。

        4结论

        综上所述,落实接触网关键零部件机械加工的智能化改造,能够强化零部件的质量,降低加工成本。在改造过程中,通过分别优化各个关键零部件加工生产线的智能化水平,可以在保障零部件性能可靠性的同时,提高机械加工效率,促进列车供电系统接触网的建设工作的发展。

        参考文献:

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        [3]刘金增,张静,储文平,刘志刚.高速铁路接触网关键零部件力学特性分析[J].电气化铁道,2019,30(03):38-42.

        作者:冯军杰 单位:中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司

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