宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司 浙江宁波 315000
1 设备概述
U2000-400数控不落轮镟床为德国Hegenscheidt-MFD GmbH&Co. KG原装进口专用设备，可用于地铁列车在整列编组不解列、车下转向架轮对不落轮的条件下，对车辆单个轮对的车轮踏面和轮缘进行镟削加工；或对已落架的转向架上的单个轮对进行不落轮加工；或对已落轮、带轴箱的单个轮对的加工；或在不落轮条件下对工程轨道车辆（如内燃机车、接触网作业车等）单个轮对踏面和轮缘进行镟削加工。
宁波轨道交通2号线一期车辆段内设置有1台U2000-400数控不落轮镟床，负责2号线一期整条线路24列电客车及14列（17节）工程车轮对的镟削加工。因此U2000-400数控不落轮镟床的安全使用是保障车辆安全运营的扎实基础，同时掌握U2000-400数控不落轮镟床控制原理也显得十分必要。本文以摩擦驱动轮支撑装置的结构、功能入手，着重介绍摩擦驱动轮支撑装置电气、液压相结合的控制原理。
2 设备构成
U2000-400数控不落轮镟床主要由机座、滑动轨、轮对驱动装置、轴箱压下装置、数控刀架、测量系统、液压系统、电气设备和控制系统组成。其中轮对驱动装置包括摩擦驱动轮支撑装置和轮对轴向定位装置两部分。
2.1 摩擦驱动轮支撑装置结构
为更好的描述摩擦驱动轮支撑装置的结构，拆分两个图对摩擦驱动轮支撑装置进行说明，图1中（1）为4个经回火与磨削处理驱动轮，（2）为驱动轮摆架的三点支撑，（3）为两个驱动轮摆架，（4）为四个侧向支撑滚轮，（6）为4个驱动轮摆架支柱，（7）为两个垂直提升单作用油缸；图2中（1）为驱动轮，（2）为四个三相异步电动机，（3）为四组 V型皮带，（4）为四个减速箱。
2.2摩擦驱动轮支撑装置的功能
1）车轮抬升和径向定位功能
当待镟削轮对在滑动轨上沿轨向初定位后，两侧双滚轮由液压驱动同步上行抬升轮对，使轮对脱离滑动轨5-10mm，并利用两驱动轮的空间距离形成的V型定位效果，对待镟削轮对实施径向定位。
2）适应不同轮径的调整机构
为了得到稳定的驱动线速度，驱动摆架在抬起和加工驱动过程中被设计为保持基本水平，但当被加工的轮对轮径变化太大时，会造成无法抬起轮对或抬起高度不够的情况，为此该部件设计有轮径调整手柄，以满足轮径变化的要求，并保证轮对的抬起高度始终保持在5-10mm。因此，最后的抬升位置应根据车轮直径大小调整后确定。
3）切削运动驱动、传动功能
双滚轮既是定位元件，又是借助于摩擦力矩驱动车轮旋转形成切削运动的驱动轮，可实施无级变速，在正常切削工况下，驱动滚轮与车轮间保持纯滚动，以获得最大的传动转矩。
4）每侧双滚轮驱动系统各自具有独立随动功能
轮对踏面在镟削中，其定位轴线位置已由轴箱压下装置加以保持和锁定。由于被镟削轮对踏面是有缺陷的被加工面，为了使驱动滚轮和车轮踏面间形成无相对滑动的滚动，必须保证驱动滚轮和车轮踏面间始终良好接触，但被镟削轮对在加工过程中轮径在减小，而又不能影响轮对轴线的原始定位位置，为此每侧的两个滚轮各自必须独立随动，即加工过程中四个驱动轮独立自动提升。这项功能主要是由带有比例换向阀的驱动轮液压控制回路来实现的。
5） 抬升油缸举升力具有可调、可检测功能。
3 液压系统控制原理分析
液压系统主要由五部分组成：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀类）、辅助元件和工作介质（液压油)。U2000-400不落轮镟床的液压站设计采用由一个电机拖动两个液压泵，其中P1泵为低压大流量变量泵，P2为高压小流量定量泵。
以机床左侧为例，摩擦驱动轮支撑装置有三种位置状态，即初始位、工作位、上极限位，分别由数字量输入模块20D1的E45.0、E45.1、E45.2输入点采集信号。在初始位时，E45.0、E45.2得电，E45.1失电；工作位时，E45.0失电，E45.1、E45.2得电；上极限位时， E45.0、E45.2失电，E45.1得电。模拟量输出模块11D6的PAW662通道和PAW664通道分别与比例换向阀9V4线圈的引脚4和引脚7相连，PAW662通道用于控制轮架升降时油路的流量，PAW664通道用于控制轮架升降时油路的压力。在执行上升、下降操作时，PAW662通道和PAW664通道输出，其电流传给9V4比例电磁阀线圈，线圈电流的大小决定其阀芯开口大小，从而实现流量和压力的控制。
9V9电磁阀线圈由数字量输出模块28D6的A38.3输出点驱动，机床开机后A38.3得电，9V9电磁阀右位工作，上升和下降操作不影响的A38.3的输出，此处设计9V9电磁阀的作用是在系统突然断电时，依靠电磁阀弹簧使阀芯自复位，从而断开油路，防止轮架突然下降。
3.1摩擦驱动轮支撑装置上升过程及持续加载
机床开机后，数字量输出模块27D1的A34.2输出点得电，执行上升操作时，PLC发出指令给27D1和11D6，使27D1的A34.2断电，此时P1泵油压顶开单向阀9V6，油路直接流向9V4比例换向阀，而11D6中PAW662和PAW664通道中的电流驱动9V4阀线圈，使阀芯按电流比例打开，然后油压从A口流出，再流向液控单向阀9V5，此时无需控制油路Z液控单向阀9V5仍可导通，然后油路通过9V9电磁换向阀右位，直接进入垂直提升油缸。当驱动轮提升到工作位后，行程开关1S3触发，使E45.1得电，PLC数据处理后，向11D6发送指令，使PAW662和PAW664通道停止输出，9V4阀阀芯关闭，此时油路依靠9V5和9V7液控单向阀进行保压，使驱动轮保持在工作位。
轮对在加工过程中轮对轴线是保持不变的，随着轮径的减小，为了保持驱动滚轮和车轮踏面间的纯滚动，则必须保证驱动滚轮和车轮踏面间有足够的接触力，这是通过摩擦驱动轮支撑装置的持续加载功能实现的。在轮对装夹完成后，机床可手动或自动激活持续加载，此时PAW664通道的输出值按照系统程序设定进行输出，以保证驱动滚轮和车轮踏面间之间的接触力。同时机床系统对接触力的大小进行实时监测，通过9S1测力计将油路中的油压转化成电压值，信号经21D6的PEW602通道传给PLC(右侧液压系统经过20S1测力计将油压测量值传给PLC)，PLC将程序计算值与左、右侧测量值进行对比后进行调节PAW664、PAW660通道的输出值，以改变油路中的压力，随后进入一个动态平衡的闭环控制过程（如图4）。
3.2摩擦驱动轮支撑装置下降过程
执行下降操作时，PLC发送指令给27D1和11D6，使27D1的A34.2和A34.3得电，A34.2用于驱动9V2三位四通电磁阀左位线圈，A34.3用于驱动9V8两位四通电磁阀线圈，然后P1泵油压顶开9V6单向阀，油路流向9V2阀，此时9V2阀左位工作，油路流向9V5液控单向阀的控制油路，使9V5阀反向导通，同时,P2泵油压经过9V8阀右位，流向9V7液控单向阀控制油路。摩擦驱动轮提升油缸采用单作用油缸的设计，这样两条下降油路同时导通，摩擦驱动轮依靠自重和负载，一路从9V9阀经过9V5阀反向导通，再经过9V4比例阀回油箱，9V4阀阀芯的开通同样受11D6控制；另一路是通过9V8阀将9V7夜空单向阀控制油路接通，然后驱动轮油压从9V7阀直接回油箱。
当驱动轮下降到初始位后，接近开关1S1接收到信号并传给E45.0，PLC数据处理后， A34.3断电，A34.2保持得电，下降油路一导通，下降油路二截至，驱动轮保持在初始位。
3.3摩擦驱动轮支撑装置紧急上升过程
执行紧急上升操作时，PLC发送指令给数字量输出模块27D1，使27D1的A34.1输出点得到信号并驱动9V2阀的右位线圈，P1泵油压经过9V2电磁阀右位和9V9阀右位后直接进入提升油缸。紧急上升时油路未经过9V4比例阀，因此驱动轮上升速度非常快。
当驱动轮提升到上极限位后，接近开关1S4接收到信号，使E45.2断电，PLC数据处理后，停止给27D1模块的A34.1输出信号，油路截断，油路依靠9V5和9V7液控单向阀进行保压，使驱动轮保持在极限位。
4结论
本文介绍了U2000-400数控不落轮镟床摩擦驱动支撑装置的结构、功能及液压控制原理。在机床使用过程中，如遇到相关故障，可结合控制原理快速对机床进行诊断，极大的提高了排查故障的效率。
参考文献：
[1] 王积伟，章宏甲.液压传动.机械工业出版社，2007.
[2] 刘华波,何文雪，王雪.西门子S7-300/400PLC编程与应用.机械工业出版社，2009.
[3] 南京地铁三号线、十号线工程车辆段数控不落轮机床采购项目合同——技术规格书.
[4] Hegenscheidt-MFD.U2000-400数控不落轮镟床操作/维护手册，2013.
论文作者:王璨
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/31
标签：油路论文; 驱动轮论文; 摩擦论文; 装置论文; 单向阀论文; 不落论文; 车轮论文; 《防护工程》2017年第14期论文;