论文部分内容阅读
摘要：铁路货车车辆金属零部件受环境介质的作用易发生化学或电化学反应，腐蚀破坏基材，因此亟需一种铁路货车制动配件自动喷漆系统来实现设备的养护。本文通过自动喷绘的系统结构与操作控制结构的研究，实现了多规格、多种类的制动配件混线生产喷漆轨迹的选择及喷枪姿态的控制，大大提升了喷涂效率与安全性。
关键词：货车自动喷漆;喷涂作业线;机械设计
0 引言
铁路货车车辆金属零部件受环境介质的作用易发生化学或电化学反应，腐蚀破坏基材，从而大大影响部件使用寿命，威胁到车辆运行的安全性。为缓解车辆金属部件的腐蚀，需对部件进行有效的表面处理，防锈喷涂技术是提高部件耐蚀防腐性能的一项重要工艺。然而，受喷涂室空间狭小、环境恶劣，涂料中存在挥发性有机物等问题影响，导致人工喷涂在漆膜性能、喷涂效率、涂料利用率方面的瓶颈日益显现，人工喷涂存在明显的局限性[1-3]。
本文拟研制一套自动喷涂系统以弥补人工作业中的短板。系统通过自动化机器人替代喷涂室内人工作业，同时配备相应的视频监控系统和远程操作系统，实现作业人员的场外远程喷涂作业。在实现机械化喷涂作业的基础上，深入研究喷涂迹线、喷射压力、距离、角度等参数对物料附着效果、回弹等的影响，实现喷涂系统性能参数的合理设计，达到保障喷涂质量的目的。
1 系统框架
铁路货车制动配件自动喷漆系统能满足喷涂作业的机械化和远程控制需求，达到降低作业人员工作强度、健康风险，并保障喷涂作业质量的目的。系统包含的主要模块有[4-6]：①运动机构：通过六自由度机械手，实现喷嘴在设计空间范围内的自由运动与精确定位;②自动送料系统：在既有的制动配件喷漆流水线上，采用合理的物料传输系统，实现物料的均匀、连续、稳定输送;③自动控制系统：结合现场应用需求，编制机器人控制程序，实现机器人姿态、位置、轨迹的有效控制;④视频监控系统：根据喷涂室环境情况，合理布置高清摄像头，实现喷涂室作业过程监控，达到满足远程操控需求的目的。
2 系统关键问题分析
①在现有货车制动配件防锈喷涂作业线基础上，升级改造喷涂室作业装备，将人工喷涂作业方式升级为机器人自动喷涂。保留现有的导链传输线。在喷涂间内，其布置方式与原方式一致，对侧为挡漆板，现操作工站立喷涂位置布置一台喷涂机器人来代替人工作业。②采用机器人喷涂，因喷涂动作参考人工作业方式，则需要配置一套旋转机构，代替人手旋转制动配件，制动配件在悬挂状态能旋转到希望角度。③通过旋转机构，在解决了制动配件在悬挂线挂具上的定姿态、定角度旋转技术问题后，喷涂机器人就可以按制动配件旋转后所处在姿态执行相应匹配的喷涂轨迹曲线，移动喷枪完成制动配件正对着机器人侧的区域的喷涂作业。
3 系统关键技术指标
①喷涂机器人机械臂空间运动范围应满足：垂直方向不小于600mm、水平方向（伸缩运动、横移运动）不小于300mm;②喷嘴运动自由度技术要求满足：绕铅垂轴±90°，绕横移运动水平轴±90°;③工作效率满足不低于30件/小时;④喷涂室监控系统的布设视角和数量满足远程操作需求;⑤可以实现对现有的C64、C70、C80型铁路货车制动缸、副风缸、降压气室、加速缓解风缸、双室风缸、连接杆、控制连接杠杆、车钩支撑座与弹簧、固定杠杆、游动杠杆、鞲鞴推杆、前后制动推杆、挡尺、人力制动机等制动配件的自动喷涂[7]。
4 系统结构设计
4.1 导链传输线
结合榆林分公司现场厂修实际情况和既有的喷涂流水线，在本系统中，对制动配件在喷涂过程仍沿用原来的导链传输线，但需要对挂具进行改造，增加旋转机构，使的挂具在喷涂过程可以按要求角度旋转，从而满足360°内制动配件定角度喷涂，如图1所示。
4.2 悬挂吊具
因现有的悬挂吊具是用于手动喷涂的，要实现机器人喷涂，需要对吊具进行改造，包括：传输吊杆、旋转连接机构（主动轴、被动轴、链条、定位杆、吊具到位片、挂钩）等，如图2所示。
4.3 旋转装置
旋转装置包括夹紧机构、旋转驱动机构，用于将悬挂吊具下部的旋转部件旋转，从而将制动配件的旋转，以实现机器人对制动配件的360°的喷涂作业，如图3、图4所示。
悬挂吊具进入喷漆房，由悬挂到位触发器触发后，工件定位杆的工作气缸下压，打开限位卡片，这时三个转轴才能转动。当工件需要转动角度时，齿轮齿条离合机构通过气缸把齿条往前推，达到齿轮齿条能齿合位置，然后齿条行走机构带动齿条向左运动，推动主动转轴上的齿轮转动。悬挂体就位位触发器有四次触发，每次出发工件都旋转90°，完成工件四个方向喷漆流程。当工件喷漆完成后齿条行走机构、齿轮齿条离合机构复位，工件定位杆的工作气缸缩回，限位卡片卡住被动转轴1。如果上料工位限位器的卡片是正确复位卡住被动转轴1时，悬挂单元流转下一个悬挂单元。依次重复单元动作，系统不断运转。
旋转过程中，通过接近开关检测悬挂吊具的原点标识，确定吊具的起始位置和是否旋转结束，从而可确定吊具上制动配件的方向角，以用于机器人喷涂作业的起始轨迹。
4.4 专用挂钩
弹簧专用挂钩采用一串四件如图5。
缸体类及其它旋转体专用挂钩如图6所示。
板件上挂方式如图7所示。
5 结语
本系统可实现对现有C64、C70、C80型铁路货车制动缸、副风缸、降压气室、加速缓解风缸、双室风缸、连接杆、控制连接杠杆、车钩支撑座与弹簧、固定杠杆、游动杠杆、鞲鞴推杆、前后制动推杆、挡尺、人力制动机等主要制动配件的自动喷涂。通过合理的传输系统，实现物料的自动输送与车辆自动喷漆的有效控制。
參考文献：
[1]王育哲.喷漆机器人在汽车车身涂装中的应用[J].中国涂料，2007（04）.
[2]梅江平，杨志永，张大卫.喷漆机器人尺寸优化设计及控制系统总体规划[J].组合机床与自动化加工技术，2004（10）.
[3]张义.电动喷涂机器人中的步进电机控制[J].机器人技术与应用，2001（05）.
[4]王志文.建筑机器人的新进展[J].机器人情报，1994（03）.
[5]郭武.喷漆机器人的功能、选型及应用[J].机器人，1990（06）.
[6]蓝朴森，黄善钧，罗绍维.喷漆机器人[J].涂料工业，1990（02）.
[7]聂尔来.PJ-1喷漆机器人的微机控制[J].机器人，1988（01）.
[8]PJ-I喷漆机器人研制组.PJ-Ⅰ喷漆机器人研究[J].机器人，1989（02）.
关键词：货车自动喷漆;喷涂作业线;机械设计
0 引言
铁路货车车辆金属零部件受环境介质的作用易发生化学或电化学反应，腐蚀破坏基材，从而大大影响部件使用寿命，威胁到车辆运行的安全性。为缓解车辆金属部件的腐蚀，需对部件进行有效的表面处理，防锈喷涂技术是提高部件耐蚀防腐性能的一项重要工艺。然而，受喷涂室空间狭小、环境恶劣，涂料中存在挥发性有机物等问题影响，导致人工喷涂在漆膜性能、喷涂效率、涂料利用率方面的瓶颈日益显现，人工喷涂存在明显的局限性[1-3]。
本文拟研制一套自动喷涂系统以弥补人工作业中的短板。系统通过自动化机器人替代喷涂室内人工作业，同时配备相应的视频监控系统和远程操作系统，实现作业人员的场外远程喷涂作业。在实现机械化喷涂作业的基础上，深入研究喷涂迹线、喷射压力、距离、角度等参数对物料附着效果、回弹等的影响，实现喷涂系统性能参数的合理设计，达到保障喷涂质量的目的。
1 系统框架
铁路货车制动配件自动喷漆系统能满足喷涂作业的机械化和远程控制需求，达到降低作业人员工作强度、健康风险，并保障喷涂作业质量的目的。系统包含的主要模块有[4-6]：①运动机构：通过六自由度机械手，实现喷嘴在设计空间范围内的自由运动与精确定位;②自动送料系统：在既有的制动配件喷漆流水线上，采用合理的物料传输系统，实现物料的均匀、连续、稳定输送;③自动控制系统：结合现场应用需求，编制机器人控制程序，实现机器人姿态、位置、轨迹的有效控制;④视频监控系统：根据喷涂室环境情况，合理布置高清摄像头，实现喷涂室作业过程监控，达到满足远程操控需求的目的。
2 系统关键问题分析
①在现有货车制动配件防锈喷涂作业线基础上，升级改造喷涂室作业装备，将人工喷涂作业方式升级为机器人自动喷涂。保留现有的导链传输线。在喷涂间内，其布置方式与原方式一致，对侧为挡漆板，现操作工站立喷涂位置布置一台喷涂机器人来代替人工作业。②采用机器人喷涂，因喷涂动作参考人工作业方式，则需要配置一套旋转机构，代替人手旋转制动配件，制动配件在悬挂状态能旋转到希望角度。③通过旋转机构，在解决了制动配件在悬挂线挂具上的定姿态、定角度旋转技术问题后，喷涂机器人就可以按制动配件旋转后所处在姿态执行相应匹配的喷涂轨迹曲线，移动喷枪完成制动配件正对着机器人侧的区域的喷涂作业。
3 系统关键技术指标
①喷涂机器人机械臂空间运动范围应满足：垂直方向不小于600mm、水平方向（伸缩运动、横移运动）不小于300mm;②喷嘴运动自由度技术要求满足：绕铅垂轴±90°，绕横移运动水平轴±90°;③工作效率满足不低于30件/小时;④喷涂室监控系统的布设视角和数量满足远程操作需求;⑤可以实现对现有的C64、C70、C80型铁路货车制动缸、副风缸、降压气室、加速缓解风缸、双室风缸、连接杆、控制连接杠杆、车钩支撑座与弹簧、固定杠杆、游动杠杆、鞲鞴推杆、前后制动推杆、挡尺、人力制动机等制动配件的自动喷涂[7]。
4 系统结构设计
4.1 导链传输线
结合榆林分公司现场厂修实际情况和既有的喷涂流水线，在本系统中，对制动配件在喷涂过程仍沿用原来的导链传输线，但需要对挂具进行改造，增加旋转机构，使的挂具在喷涂过程可以按要求角度旋转，从而满足360°内制动配件定角度喷涂，如图1所示。
4.2 悬挂吊具
因现有的悬挂吊具是用于手动喷涂的，要实现机器人喷涂，需要对吊具进行改造，包括：传输吊杆、旋转连接机构（主动轴、被动轴、链条、定位杆、吊具到位片、挂钩）等，如图2所示。
4.3 旋转装置
旋转装置包括夹紧机构、旋转驱动机构，用于将悬挂吊具下部的旋转部件旋转，从而将制动配件的旋转，以实现机器人对制动配件的360°的喷涂作业，如图3、图4所示。
悬挂吊具进入喷漆房，由悬挂到位触发器触发后，工件定位杆的工作气缸下压，打开限位卡片，这时三个转轴才能转动。当工件需要转动角度时，齿轮齿条离合机构通过气缸把齿条往前推，达到齿轮齿条能齿合位置，然后齿条行走机构带动齿条向左运动，推动主动转轴上的齿轮转动。悬挂体就位位触发器有四次触发，每次出发工件都旋转90°，完成工件四个方向喷漆流程。当工件喷漆完成后齿条行走机构、齿轮齿条离合机构复位，工件定位杆的工作气缸缩回，限位卡片卡住被动转轴1。如果上料工位限位器的卡片是正确复位卡住被动转轴1时，悬挂单元流转下一个悬挂单元。依次重复单元动作，系统不断运转。
旋转过程中，通过接近开关检测悬挂吊具的原点标识，确定吊具的起始位置和是否旋转结束，从而可确定吊具上制动配件的方向角，以用于机器人喷涂作业的起始轨迹。
4.4 专用挂钩
弹簧专用挂钩采用一串四件如图5。
缸体类及其它旋转体专用挂钩如图6所示。
板件上挂方式如图7所示。
5 结语
本系统可实现对现有C64、C70、C80型铁路货车制动缸、副风缸、降压气室、加速缓解风缸、双室风缸、连接杆、控制连接杠杆、车钩支撑座与弹簧、固定杠杆、游动杠杆、鞲鞴推杆、前后制动推杆、挡尺、人力制动机等主要制动配件的自动喷涂。通过合理的传输系统，实现物料的自动输送与车辆自动喷漆的有效控制。
參考文献：
[1]王育哲.喷漆机器人在汽车车身涂装中的应用[J].中国涂料，2007（04）.
[2]梅江平，杨志永，张大卫.喷漆机器人尺寸优化设计及控制系统总体规划[J].组合机床与自动化加工技术，2004（10）.
[3]张义.电动喷涂机器人中的步进电机控制[J].机器人技术与应用，2001（05）.
[4]王志文.建筑机器人的新进展[J].机器人情报，1994（03）.
[5]郭武.喷漆机器人的功能、选型及应用[J].机器人，1990（06）.
[6]蓝朴森，黄善钧，罗绍维.喷漆机器人[J].涂料工业，1990（02）.
[7]聂尔来.PJ-1喷漆机器人的微机控制[J].机器人，1988（01）.
[8]PJ-I喷漆机器人研制组.PJ-Ⅰ喷漆机器人研究[J].机器人，1989（02）.