火车轮对压装选配系统开发与应用

火车轮对压装选配系统开发与应用
面对某批次火车车轮和车轴零件，提出了一种基于最大配对成功率之选配原则的轮对压装选配方法，基于VB 6.0和SQL Server数据库技术，开发了火车轮对压装选配系统，在满足压装曲线的前提下能最大限度地配对成功，并自动生成未配成对的配轮卡或配轴卡。

标签：火车轮对;轮对压装;选配方法;系统开发
引言
从大量加工好的零件中，依据一定的条件或者标准，将两个相互配合的零件选择出来，为后续的装配工序做好准备工作，以获得装配精度要求较高的产品[1]，这就是选配。

选配技术在轴承、发动机装配中得到了较好的应用。

以装配成功后剩余零件数最小为目标，对轴承采取分步选配的方式[2];在发动机装配过程中，提出了多目标化的选配模型，开发了专用系统能进行零部件信息管理、零件选配优化、选配结果输出[3]。

在铁道车辆领域，有基于智能化仓库技术，由选配优化原则、先出先进原则和最短路径原则设计了轴承自动选配系统[4];某企业自主研发了轮座与轴颈测量系统以及选配系统[5];有企业利用现代测量技术得到车轮、车轴的装配面尺寸数据，再根据仓储要求开发了轮轴智能测量及选配系统[6]，虽然能缩短测量时间，提高了火车轮对的压装效率，但均存在着较大的重复测量精度问题，且未考虑最大配对成功率，从而导致批量装配后本不需要返工的零件较多。

1 火车轮对压装选配方法
在火车轮对压装工艺中，根据轮轴压装过盈量范围，选择合适的车轮压装到车轴上，其压装曲线必须在客户认可的轮对压装特性曲线框内。

采用人工配对的方式进行生产加工，生产效率低，且随机的选择符合压装过盈量的轮轴进行压装，不可能最大限度地将同批次轮轴完成配对，轴配不到轮或者轮配不到轴的零件数量比重大，加大了返工重配的工作量。

本文提出轮对选配概念，即采用自主开发的专用系统，根据某车轴轮座直径尺寸，从大量的车轮中，选择在允许过盈量等工艺参数范围内的某车轮轮毂孔直径尺寸与之相配，配好一副轮对后，依次进行。

选配的目标是，在满足压装曲线要求情况下尽量使已加工过的某批次车轴和车轮全部配对成功，这就是最大配对成功率选配原则，其选配流程如图1所示。

图1 最大配对成功率选配方案流程
1.1 选配准备
确认轮座和轮毂孔的直径尺寸、圆柱度、粗糙度等压装参数均检测完好，直径尺寸在压装要求的公差范围内;将车轮与车轴的装配尺寸数据准确地录入到选配系统对应的数据库;依据以往的压装经验或仿真分析，确定并输入预压装采用的压装边界条件，即试压阶段要用的最优过盈量范围或最优值;在压装选配前，要确认订单信息，订单号为不同批次轮对的产品标记。

1.2 选配
预压装满足压装曲线要求后，压装边界条件随之确定，再进入选配压装环节。

当预压装不合格时，做适当调整后再次预压装。

选配环节采用最大配对成功率选配原则、基于基轴制的选配方法进行选配。

取最小的轮座直径d，从最大车轮孔径D开始配，如果满足公式（1）则配该轮，依次进行，这样选配的优点就是尽量把小直径的车轴和大直径孔的车轮先配掉，力求配对成功率最大。

1.3 输出结果
按照上述原则配对成功的轮对储存其配对结果。

当车轴轮座尺寸偏差较大，找不到合适的轮孔来配对时，选配系统将出具配轮卡，配轮卡提供满足过盈量边界条件的轮孔尺寸，重新加工车轮，再进行装配，当然，如果车轴轮座尺寸过大，则要按特定要求返工;过小则报废。

配轴卡原理同配轮卡。

如果轮孔直径过大则报废车轮;轮孔直径过小的车轮将按原图尺寸及其公差返工。

对于装配面的粗糙度、锥度等参数不符合轮对压装工艺要求，但现场进行修整后符合技术指标的车轴（或车轮），可重新录入尺寸参数到选配系统再参与选配。

压装后轮对压装曲线合格的即为成品，不合格的需要退轮等待后续处理。

2 轮对压装选配系统的功能需求与系统框架
根据上述选配方法和压装工艺要求，经过仔细分析和多方交流，本系统的主要功能需求如下：
系统管理：可根據企业需求更改相关参数设置。

用户权限管理：不同的用户，权限不同，登录后只能使用不同的功能模块。

装配尺寸数据库：建立轮轴压装装配面尺寸参数的数据库，能扩充各种规格此类数据库，能方便地查询相关产品信息。

边界条件数据库：建立轮对压装过盈量数据库。

选配并输出结果：对已有的车轮车轴进行最大配对成功率的自动选配，输出配对结果。

对现有的未配上的车轴或者车轮，自动生成对应的车轮孔或车轴的加工尺寸，生成配轮卡或配轴卡。

针对压装不合格而退卸的车轴与车轮，返工处理后重新进入选配系统;若出现缺轴或者缺轮的，建立配轴卡或配轮卡。

配对明细表的自动生成与打印基于以上分析，制定的火车轮对压装选配系统的总体框架如图2所示。

3 系统开发
在进行系统开发过程中，采用VB6.0程序编写系统界面，在建立的客户端，客户可以完成数据的输入、选配、配轮、配轴、报表、打印、查询、删除等操作，选择SQL Server作为数据库存储的载体。

本系统所采用的SQL Server 2008数据库，共包含了7个数据表，即：订单信息表、用户信息表、车轴参数信息、车轮参数信息、配对结果表、配轴卡表、配轮卡表。

众多数据库的建立，依据VB 6.0程序语言及其Active X Automation技术，运用ADO数据访问接口，使得本系统具备人机交互界面简洁、使用方便、可视化高、操作性强等优点，满足了用户对系统的数据存储、数据运算、数据查询、数据输出等需求。

4 系统调试与应用
本软件运行环境：Window XP/7操作系统及以上+SQL Server 2008及以上。

安装VB 6.0或者使用VB 6.0中文版工具中的Package & Deployment向导，打包生成Setup.exe，安裝于用户计算机，并将该计算机中某个较大的硬盘（如D：＼）作为数据库存储地址和文件存储地址。

以AUS940型轮对为例，点击运行安装好的专用程序图标，输入用户名和密码后登录进入主界面如图3所示，主菜单上有“新建”、“车轮参数”、“车轴参数”、“边界条件”、“配对”、“配轮”、“配轴”等按钮。

在进行选配之前，根据轮对产品客户订单，本系统用户填写新建订单信息，登记轮对各种必要信息，如图4所示。

在车轴参数、车轮参数界面，分别输入所测量的轮轴装配面直径尺寸数据，检查并保存。

车轮轮孔直径数据输入界面如图5所示。

车轴轮座直径数据输入界面与此类似，其中各装配面的公差与锥度如果满足加工工艺要求，系统中可采用默认值。

轮轴参数数组录入并保存后，在各参数满足工艺条件下进入选配环节，根据过盈量和最大配对成功率之选配原则进行自动选配，轮轴配对结果如图6所示。

对选配阶段未能配到车轮的车轴，点击系统界面中“配轮”按钮，根据所设定的边界条件，系统会自动计算出与该轴轮座对应的车轮孔直径尺寸及公差，并输
出配轮卡，配轮界面如图7所示。

对选配阶段未能配到车轴的车轮，点击系统界面中“配轴”按钮，根据所设定的边界条件，系统会自动计算出与该车轮孔对应的车轴轮座直径尺寸及公差，并输出配轴卡。

5 结束语
基于最大配对成功率选配原则，运用VB 6.0作为开发工具，采用SQL Server 数据库技术，完成了火车轮对压装选配系统的开发，能实现火车轮对压装前的快速配对，使得尽可能多的将同批次车轴和车轮配对成功，且自动给出未配对成功的轴或轮对应的配轮卡或配轴卡，利于轮轴返修并重配。

该系统操作方便，其功能得到了充分的现场验证，大大提高了轮对压装效率和成功率，还可依据用户需求进行查询打印等功能，具有良好的实用价值。

参考文献：
[1]刘明周，郭嘉，李旗号.机械产品精密配合中的选配方法研究[J].机械工程学报，2004，40（6）：165-168.
[2] Knanan S，Jyaabalan V.A New Grouping Method to Minimize Surplus Parts in Selective Assembly for Complex Assemblies[J].2001，9（39）：1851-1863.
[3]孙宗宸.面向发动机装配的计算机辅助选配方法及系统开发[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[4]李伟.铁路货车轴承智能存取选配系统设计[D].成都：西南交通大学，2006.
[5]申建利.高速动车轴承轴颈监测及智能选配的研究[D].太原：太原科技大学，2014.
[6]张鹏.基于立体仓库的轮轴装配选配优化研究[D].大连：大连交通大学，2014.。