阅读说明：本技术 一种蒙皮张拉装置、控制系统及控制方法 (Skin tensioning device, control system and control method ) 是由 张雷 王宇 麻彬彬 张彤阳 赵保春 李江吉 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于铁路工程车辆车体制造装置,为解决现有技术中张拉机工作效率低,不利于批量流水线生产,以及长时间保持夹紧和张拉状态消耗设备各部件影响使用寿命的技术问题,提供一种蒙皮张拉装置、控制系统及控制方法。其中的蒙皮张拉装置通过第一夹紧机构和第二夹紧机构夹持待张拉蒙皮,液压泵站驱动拉伸装置并带动第二夹紧机构沿滑轨移动,完成对蒙皮的张拉,安装于液压泵站的压力传感器和安装于拉伸机构的位移传感器,实时检测张拉工况,操作便利。另外,基于蒙皮张拉装置的控制系统对蒙皮张拉和后续焊接实现闭环控制,相应的控制方法,先将蒙皮与工艺支撑焊接吊离后再与车体框架焊接,有效提高了加工效率,降低了蒙皮持续张拉的时间。(The invention belongs to a device for manufacturing a railway engineering vehicle body, and provides a skin tensioning device, a control system and a control method, which are used for solving the technical problems that a tensioning machine in the prior art is low in working efficiency, is not beneficial to batch production line production, and consumes all parts of equipment to influence the service life when the clamping and tensioning states are kept for a long time. The skin tensioning device clamps the skin to be tensioned through the first clamping mechanism and the second clamping mechanism, the hydraulic pump station drives the stretching device and drives the second clamping mechanism to move along the sliding rail, tensioning of the skin is completed, the pressure sensor mounted on the hydraulic pump station and the displacement sensor mounted on the stretching mechanism detect the tensioning working condition in real time, and operation is convenient. In addition, the control system based on the skin tensioning device realizes closed-loop control on skin tensioning and subsequent welding, and the corresponding control method firstly hangs the skin from the process support welding and then welds the skin with the vehicle body frame, so that the processing efficiency is effectively improved, and the time for continuously tensioning the skin is reduced.)

一种蒙皮张拉装置、控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于铁路工程车辆车体制造装置，具体涉及一种蒙皮张拉装置、控制系统及控制方法。

背景技术

铁路工程车辆是检修铁路接触网的专用设备，该类车型的车体表面平整度和车体刚度要求很高，为了满足要求，车体侧墙采用2.5mm厚的高强钢板作为蒙皮材料，这使得在侧墙制造过程中如何控制平面度成为整车制造的难点。侧墙制造如需满足质量要求应采用整板蒙皮制造工艺，整板蒙皮工艺能够减少拼接焊缝，提高侧墙平面度，但在蒙皮与侧墙框架组焊时，整板蒙皮连续焊接会发生失稳变形，局部出现外凸或内凹，从而影响整车质量。为了克服以上缺陷，侧墙的制造除采用整板工艺外还需配合使用张拉工艺，即在蒙皮焊接前进行预拉伸，确保蒙皮与骨架焊接后的平整度。从蒙皮吊装到张拉至所需长度，仅需约二十分钟，焊接时张拉设备必须持续夹紧并使蒙皮保持张拉状态，但是对于大规格蒙皮焊接用时往往要持续数小时，期间张拉设备无法进行其他作业。传统张拉设备对蒙皮张拉不能实现闭环控制，而不同批次板材的力学性能有所差异，每张蒙皮的开卷质量也不相同，导致采用相同工艺参数时张拉效果也不相同。

如图1是申请号为200820149303.X的实用新型专利中公开的液压涨拉机结构示意图，包括机架12，以及固定于机架12上依次连接的电机13、联轴器11、油泵19和液压缸17，油泵19还连接有换向开关10，其中油泵19、换向开关10和液压缸17之间通过油管9连接；机架12上还设置有弹簧秤18，弹簧秤18的一端装有钢丝绳16，钢丝绳16的另一端依次绕过一个动滑轮15和一个定滑轮14，然后固定在机架12上，动滑轮15前端固定有牵引器7；机架12下部设有便于移动的滚轮8。在工作时，启动电机13带动油泵19工作，调整换向开关10使油泵19内的油经油管9进入液压缸17，液压缸17缸体向外伸出的同时带动安装在液压缸17上的定滑轮14拉动钢丝绳16，钢丝绳16带动动滑轮15使所要牵拉的钢丝拉直。上述现有涨拉机仅适用于钢丝的拉伸，无法用于板材的拉伸。即使进行改动用于板材的拉伸也存在很多问题：(1)整体框架简易尺寸小，不能涨拉侧墙一类的大型蒙皮；(2)仅有一个液压缸，工作拉力小；(3)无法实现蒙皮的夹紧；(3)拉力及伸长量的测量是通过钢丝绳带动弹簧秤间接完成的，测量精度低。

如图2是一种采用卧式张拉和车下焊接方式的张拉设备，蒙皮21夹持于第三夹紧机构24和第一拉伸机构20之间，置于平台23上，蒙皮21张拉至所需长度后，张拉设备持续夹紧并使蒙皮21保持张拉状态，将车体部分框架22吊放至蒙皮21上，完成蒙皮21和框架22的焊接后，再整体吊离，切除张拉蒙皮预留的工艺余量，最后进行车体框架22组焊。但该类设备在蒙皮21和框架22焊接时，张拉设备必须持续夹紧蒙皮，并使蒙皮保持张拉状态，蒙皮框架22焊接耗时较长，张拉设备的有效利用率低，使该工序成为了瓶颈工序，不利于批量流水线生产。另外，长时间保持夹紧和张拉状态也会消耗设备各部件的使用寿命，侧墙框架22与蒙皮焊接好后，还需要垂直吊起再与底架焊接，而焊接了侧墙框架22后的蒙皮不便垂直起吊，还需要采用专用吊具或焊接吊耳。

如图3是一种采用立式张拉和车上焊接方式的张拉设备，两套立式张拉设备26分别设于地埋轨道25上，先完成车体框架22整体焊接，将车体框架22落入地埋轨道25之间的焊接胎位，分别吊装两张蒙皮21至两侧的张拉设备上，将蒙皮21夹紧，蒙皮21置于支架27上，调整高度至合适位置后开始张拉蒙皮21，蒙皮21张拉到所需长度后，调整张拉设备的驱动机构，使蒙皮21紧贴车体框架22，焊接完成后，张拉设备松开蒙皮21，最后切除工艺余量。该类设备虽然可同时张拉和焊接两张蒙皮21，但其实质是通过两套张拉设备实现的，张拉前的蒙皮21吊装和位置调整耗时比卧式张拉更长，焊接时仍需占用张拉设备，设备有效利用率低。同样存在长时间保持夹紧和张拉状态会消耗设备各部件使用寿命的问题。此外，采用立式张拉，需要实现蒙皮21在三个方向上的运动，结构复杂，难以采用大吨位液压缸提供张拉所需的夹紧力和张拉力，只适用于所需张拉力较小的情况。

发明内容

本发明的主要目的是在于解决现有技术中张拉机工作效率低，不利于批量流水线生产，以及长时间保持夹紧和张拉状态消耗设备各部件影响使用寿命的技术问题，提供一种蒙皮张拉装置、控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒙皮张拉装置，其特殊之处在于，包括液压泵站和支座；所述支座上同轴依次设置有第一夹紧机构、第二夹紧机构和拉伸机构；所述第一夹紧机构包括第一杠杆、第一底座，以及设置于第一底座上的第一油缸、第一支撑座和第一下夹块；第一杠杆中部与第一支撑座铰接，第一杠杆一端与第一油缸的输出端铰接，另一端连接第一上夹块，第一上夹块位于第一下夹块的正上方，所述第一上夹块和第一下夹块的长度相同，均大于待张拉蒙皮的宽度；所述第二夹紧机构包括第二杠杆、第二底座，以及设置于第二底座上的第二油缸、第二支撑座和第二下夹块；第二杠杆中部与第二支撑座铰接，第二杠杆一端与第二油缸的输出端铰接，另一端连接第二上夹块，第二上夹块位于第二下夹块的正上方；第二底座的下部设有滑轨，所述滑轨与设置在支座上的滑动组件相配合，第二底座上设有位移传感器，所述第二上夹块和第二下夹块的长度相同，均大于待张拉蒙皮的宽度；所述拉伸机构包括固定于支座上的安装架，以及固定于安装架的第三油缸，第三油缸的输出端通过拉杆和第二底座相连；液压泵站分别通过油管与第一油缸、第二油缸和第三油缸相连，液压泵站连接有压力表。

进一步地，所述第一夹紧机构与支座为可拆卸连接，便于根据工况需要移动第一夹紧机构的位置。

进一步地，所述滑动组件包括滚动轴和滚动轴承，所述滚动轴安装于支座，滚动轴承套设于滚动轴上与滑轨相配合。

一种蒙皮张拉控制系统，其特殊之处在于，包括吊装装置、上位机、数据控制单元、图像采集单元和显示单元、以及如上所述的蒙皮张拉装置；

所述图像采集单元采集待张拉蒙皮的预设信息，并将预设信息传送至数据控制单元；

所述数据控制单元接收所述预设信息，判断待张拉蒙皮是否符合预设要求；若符合，则控制所述蒙皮张拉装置执行预设程序，若不符合，则不予执行预设程序，并将信息通过所述显示单元显示；数据控制单元接收上位机指令、压力表的压力值数据、以及位移传感器的位移量数据，并根据压力值数据和位移量数据判断蒙皮张拉装置的张拉工况，结合预设程序控制吊装装置和蒙皮张拉装置工作；

所述吊装装置将符合预设要求的待张拉蒙皮吊装至所述蒙皮张拉装置，蒙皮张拉装置完成张拉及辅助焊接操作后再将张拉后的蒙皮吊离；

所述蒙皮张拉装置对待张拉蒙皮进行张拉操作，并辅助完成焊接操作；

所述上位机接收操作人员的指令输入，并将指令发送至数据控制单元；

所述显示单元与数据控制单元连接，显示压力值数据、位移量数据、张拉工况、预设信息和预设程序。

进一步地，还包括报警单元；当数据控制单元判断待张拉蒙皮不符合预设要求或张拉工况异常时，数据控制单元向报警单元发送报警信息，报警单元发出报警提示。

如上所述一种蒙皮张拉系统的蒙皮张拉控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1，使用图像采集单元采集待张拉蒙皮的预设信息，将预设信息发送至数据控制单元；数据控制单元判断待张拉蒙皮是否符合预设要求，若符合，则控制所述蒙皮张拉装置执行预设程序，若不符合，则不予执行预设程序，并将信息通过所述显示单元显示；

步骤2，若待张拉蒙皮符合预设要求，吊装装置将待张拉蒙皮吊运至蒙皮张拉装置，待张拉蒙皮夹持于第一夹紧机构和第二夹紧机构之间，吊装装置移开；

步骤3，蒙皮张拉装置对待张拉蒙皮进行张拉；张拉过程中若拉力值数据和位移量数据均符合预设要求，则蒙皮张拉装置持续工作；若拉力值数据和位移量数据任一项不符合预设要求，则蒙皮张拉装置停止运行，人工检查；直至完成对待张拉蒙皮的张拉；

步骤4，吊装装置将工艺支撑吊放至经步骤3张拉后的蒙皮上，焊接小车完成焊接；

步骤5，吊装装置将步骤4焊接后的工艺支撑和蒙皮整体吊离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的蒙皮张拉装置，装置尺寸大，可以用于张拉大型蒙皮工件，配备液压泵站，张拉吨位大，可有效将蒙皮拉伸至塑性变形；装配的压力表能够实时显示液压泵站的压力情况，位移传感器能够实时监测蒙皮的张拉效果；该张拉装置结构紧凑，适用于多种参数蒙皮的张拉，且具有实时监控功能。夹紧机构的上下夹块形成钳形，保证蒙皮在大拉力下不会产生相对滑动会偏出，进一步保证了安全性。

2.本发明的第一夹紧机构与支座间可拆卸连接，便于对第一夹紧机构根据加工情况进行移动调整；U型板更有利于第一夹紧机构的位置调整，连接简单，拆卸方便。

3.本发明的滑动组件采用滚动轴承，在张拉过程中移动顺滑，操作更准确。

4.本发明的蒙皮张拉控制系统，为蒙皮张拉装置配置可输入指令的上位机，以及接收处理数据并控制蒙皮张拉装置和吊装装置的数据控制单元，使蒙皮张拉和后续的焊接实现自动化控制，使张拉过程更加准确，可控性更强，也实现了蒙皮吊装、蒙皮张拉和焊接的集中控制。

5.本发明的蒙皮张拉系统配备报警单元，便于在出现异常时提示操作人员及时检查，保证生产安全和生产进度。

6.本发明的蒙皮张拉控制方法，利用图像采集单元先行识别蒙皮的预设信息，可及时识别蒙皮是否满足生产要求，减少人工操作，避免后续工序浪费；先将工艺支撑28与张拉合格的蒙皮焊接，焊接量远小于蒙皮与框架的焊接量，提高了张拉装置的利用率，增加了单位时间内可张拉蒙皮的数量，一台张拉设备可满足2-3个框架焊接工位的需求，提高了生产效率；另外，工艺支撑便于焊接，提高焊接质量的同时，降低了工人劳动强度；同时，由于焊接效率提高，也避免了蒙皮长时间保持夹紧张拉状态，提高了使用寿命；再者，张拉过程中实时判断张拉工况，便于操作人员及时发现张拉异常，进一步提高加工效率和加工成品率。

附图说明

图1为背景技术中一种涨拉设备的结构示意图；

图2为背景技术中卧式张拉设备的结构示意图；

图3为背景技术中立式张拉设备的结构示意图；

图4为本发明实施例中蒙皮张拉装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中第一夹紧机构的结构示意图；

图6为本发明实施例中第二夹紧机构的结构示意图；

图7为本发明实施例中拉伸机构的结构示意图；

图8为本发明蒙皮张拉控制系统的组成示意图；

图9为本发明蒙皮张拉装置辅助焊接的工作状态示意图。

其中，1-支座、2-第一夹紧机构、201-第一底座、202-第一杠杆、203-第一支撑座、204-第一油缸、205-第一上夹块、206-第一下夹块、3-第二夹紧机构、301-第二底座、302-第二杠杆、303-第二支撑座、304-第二油缸、305-第二上夹块、306-第二下夹块、307-滑轨、4-拉伸机构、401-安装架、402-第三油缸、403-拉杆、5-液压泵站、6-焊接小车、7-牵引器、8-滚轮、9-油管、10-换向开关、11-联轴器、12-机架、13-电机、14-定滑轮、15-动滑轮、16-钢丝绳、17-液压缸、18-弹簧秤、19-油泵、20-第一拉伸机构、21-蒙皮、22-框架、23-平台、24-第三夹紧机构、25-地理轨道、26-立式张拉设备、27-支架、28-工艺支撑。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图4、图5、图6和图7所示的一种蒙皮张拉装置，包括液压泵站5和支座1；所述支座1上同轴依次设置有第一夹紧机构2、第二夹紧机构3和拉伸机构4；所述第一夹紧机构2包括第一杠杆202、第一底座201，以及固定于第一底座201上的第一油缸204、第一支撑座203和第一下夹块206；第一杠杆202中部与第一支撑座203铰接，第一杠杆202一端与第一油缸204的输出端铰接，另一端连接第一上夹块205，第一上夹块205位于第一下夹块206的正上方；所述第二夹紧机构3包括第二杠杆302、第二底座301，以及固定于第二底座301上的第二油缸304、第二支撑座303和第二下夹块306；第二杠杆302中部与第二支撑座303铰接，第二杠杆302一端与第二油缸304的输出端铰接，另一端连接第二上夹块305，第二上夹块305位于第二下夹块306的正上方；第二底座301的下部设有滑轨307，所述滑轨307与设置在支座1上的滑动组件相配合，第二底座301上设有位移传感器；所述拉伸机构4包括固定于支座1上的安装架401，以及固定于安装架401的第三油缸402，第三油缸402的输出端通过拉杆403和第二底座301相连；液压泵站5分别通过油管与第一油缸204、第二油缸304和第三油缸402相连，液压泵站5连接有压力表。

为了保证蒙皮张拉均匀，第一上夹块205和第一下夹块206的长度相同，均大于待张拉蒙皮的宽度；第二上夹块305和第二下夹块306的长度相同，均大于待张拉蒙皮的宽度，在张拉时各夹块在蒙皮的宽度方向将蒙皮完全夹持住。

为了在实际加工中能够使用于更多情况，实用性更强，第一夹紧机构2与支座1之间设计为可拆卸连接。

上述的滑动组件包括滚动轴和滚动轴承，所述滚动轴安装于支座1，滚动轴承套设于滚动轴上与滑轨307相配合。也可以是其他能够与滑轨307配合的滑动结构，以保证张拉过程中第二夹紧机构3随蒙皮21的张拉顺滑移动。

再者，为了在张拉过程中蒙皮21不会因为拉力过大而滑落或偏移造成安全隐患，第一上夹块205和第一下夹块206形成钳形；第二上夹块305和第二下夹块306也形成钳形，甚至可根据实际加工情况定制对钳形进行设计。

该蒙皮张拉装置的工作过程为：蒙皮21由吊具吊装至蒙皮张拉装置，一端落至第一下夹块206上，另一端落至第二下夹块306上，移走吊具；通过液压泵站5给第一油缸204和第二油缸304加压，分别抬起第一杠杆202和第二杠杆302，带动第一上夹块205和第二上夹块305落下，进而夹住蒙皮21的两端；逐步给第三油缸402加压，拉伸机构4带动第二夹紧机构3沿滑轨307移动，直至蒙皮21张拉至所需长度后保持压力，人工检查蒙皮21的张拉质量，确保蒙皮紧绷无褶皱后，进行工艺框架与蒙皮21的焊接；焊接完成后，先将拉伸机构4的第三油缸402压力归零，再松开第一夹紧机构2和第二夹紧机构3；通过吊具将工艺框架和蒙皮21的整体吊离。压力表能够显示液压泵站的加压情况，位移传感器能够监视蒙皮21的张拉效果。

基于上述的蒙皮张拉装置，配合其他相关装置和控制单元提供一种蒙皮张拉控制系统，采用闭环控制系统，实时监控记录蒙皮21的张拉量、液压泵站5的压力情况和蒙皮21的张拉工况，具体包括吊装装置、上位机、数据控制单元、报警单元、图像采集单元和显示单元、以及如上所述的蒙皮张拉装置：

图像采集单元采集待张拉蒙皮的预设信息，并将预设信息传送至数据控制单元。

所述数据控制单元接收所述预设信息，判断待张拉蒙皮是否符合预设要求；若符合，则控制所述蒙皮张拉装置执行预设程序，若不符合，则不予执行预设程序，并将信息通过所述显示单元显示；数据控制单元接收上位机指令，以及所述蒙皮张拉装置压力表的压力值数据、位移传感器的位移量数据，并根据压力值数据和位移量数据判断蒙皮张拉装置的张拉工况，结合预设程序控制吊装装置和蒙皮张拉装置工作；

上述对张拉工况的判断具体指，当压力值数据和位移量数据均达到预设要求，则张拉工况正常，完成张拉；当位移量数据已达最大范围，但压力值数据未达到最低要求，则说明异常，需要人工检查；当压力值数据已达设定的最大范围，但位移量数据未达到要求，则说明异常，需要人工检查。

吊装装置将符合预设要求的待张拉蒙皮吊装至所述蒙皮张拉装置，蒙皮张拉装置完成张拉及辅助焊接操作后再将张拉后的蒙皮吊离。

蒙皮张拉装置对待张拉蒙皮进行张拉操作，并辅助完成焊接操作。

上位机接收操作人员的指令输入，并将指令发送至数据控制单元。

显示单元与数据控制单元连接，显示压力值数据、位移量数据、张拉工况、预设信息和预设程序。

报警单元，当数据控制单元判断待张拉蒙皮不符合预设要求或张拉工况异常时，数据控制单元向报警单元发送报警信息，报警单元发出报警提示。

基于上述蒙皮张拉系统的控制方法具体为：

步骤1，使用图像采集单元对放置于蒙皮存放工位的待张拉蒙皮进行拍摄，采集待张拉蒙皮的预设信息，将预设信息发送至数据控制单元，经图像处理和编码识别，得出待张拉蒙皮的相关数据；数据控制单元判断待张拉蒙皮是否符合预设要求，若符合，则控制所述蒙皮张拉装置执行预设程序，若不符合，则不予执行预设程序，并将信息通过所述显示单元显示；

步骤2，若待张拉蒙皮符合预设要求，吊装装置将待张拉蒙皮吊运至蒙皮张拉装置，待张拉蒙皮夹持于第一夹紧机构2和第二夹紧机构3之间，吊装装置移开；

步骤3，蒙皮张拉装置对待张拉蒙皮进行张拉，蒙皮张拉装置中可预设张拉参数并进行选择；张拉过程中若拉力值数据和位移量数据均符合预设要求，则蒙皮张拉装置持续工作；若拉力值数据和位移量数据任一项不符合预设要求，则蒙皮张拉装置停止运行，人工检查；直至完成对待张拉蒙皮的张拉；具体的张拉过程同前述的蒙皮张拉装置工作过程；

步骤4，如图9，吊装装置将工艺支撑28吊放至经步骤3张拉后的蒙皮上，放置平稳后移走吊装装置，在工艺支撑28两端安装焊接小车6，进行工艺支撑28和蒙皮的焊接直至完成焊接，移走焊接小车6；

步骤5，吊装装置将步骤4焊接后的工艺支撑28和蒙皮整体吊离，若蒙皮框架组焊工位临近张拉工位，可直接利用工艺支撑28侧面的吊耳，直接竖直起吊至焊接工位进行焊接；若焊接工位较远则利用顶部吊耳将工艺支撑28调运至运输设备上。此时，蒙皮张拉设备可复位，准备进行下次作业。

上述，先将工艺支撑28与张拉合格的蒙皮焊接，焊接量远小于蒙皮与框架的焊接量，提高了蒙皮张拉设备的利用率，提高了生产效率；实时记录的压力值数据和位移量数据便于后期优化工艺参数或查找问题，也能及时发现异常工况并报警，一定程度上可减少浪费，提高安全性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。