Archiwum Trakcji i wagonów - Robot RbZA-15 do obręczowania zestawów kołowych

[zeus04]

Trakcja i wagony nr. 11 z 1986

1 marca bieżącego roku minęło dwadzieścia pięć lat działalności
Centralnego Biura Konstrukcyjno-Technologicznego Zakładów Naprawczych
Taboru Kolejowego w służbie zaplecza naprawczego kolei.
Początkowo utworzone zostały centralne biura konstrukcyjne przy
sześciu zakładach naprawczych: we Wrocławiu (parowozy), Poznaniu
(spalinowe pojazdy trakcyjne), Ostrowie Wlkp. (wagony), Mińsku
Mazowieckim (elektryczne pojazdy trakcyjne) i w Łapach (obrabiarki).
Dla usprawnienia działalności centralnych biur konstrukcyjnych zostały
one z dniem 1 kwietnia 1979 r. wyłączone z zakładów naprawczych taboru
kolejowego. Zgodnie z zarządzeniem nr 21 Ministra Komunikacji z dnia
22 lutego 1979 r. weszły one w skład przedsiębiorstwa państwowego pod
nazwą Centralne Biuro Konstrukcyjno-Technologiczne Zakładów
Naprawczych Taboru Kolejowego, z siedzibą w Poznaniu, z tym, że
przedsiębiorstwo to, utworzyło oddziały terenowe w miejscach
dotychczasowej działalności poszczególnych biur.
Obecnie biuro ma następujące oddziały terenowe:
- we Wrocławiu (specjalizacja w naprawach parowozów oraz
w odlewnictwie i spawalnictwie),
- w Pruszkowie (specjalizacja w naprawach wagonów osobowych)
- w Ostrowie Wlkp. (specjalizacja w naprawach wagonów towarowych oraz
obróbce plastycznej i cieplnej),
- w Poznaniu (specjalizacja w naprawach spalinowych pojazdów
trakcyjnych),
- w Mińsku Mazowieckim (specjalizacja w naprawach
elektrycznych pojazdów trakcyjnych i powłokach ochronnych),
- w Łapach (specjalizacja w naprawach obrabiarek, produkcji i naprawie
urządzeń oraz produkcji narzędzi), ośrodek zmechanizowanych obliczeń.
(J.P.)

mgr inż. Janusz SZYMBORSKI
Centralne Biuro Konstrukcyjno-Technologiczne ZNTK Oddział w Łapach

Robot RbZA-15 do obręczowania zestawów kołowych

Podjęty w latach 1970. program modernizacji zaplecza technicznego
kolei doprowadził do powstania m.in. linii technologicznej naprawy
zestawów kołowych. Linia ta, wyposażona w podajniki TPz-1/0, obrotniki
TOz-1 i magazyny kompensacyjne TKz-1/1-5, eliminuje suwnicę,
umożliwiając jednocześnie bardziej elastyczną pracę wszystkich
stanowisk technologicznych.
Jedną z trudniejszych operacji naprawy zestawów kołowych jest
obręczowanie kół bosych. Zmechanizowanie prac gniazda obręczowania
wymagało zaprojektowania i wykonania manipulatora, który umożliwiałby
operowanie zestawem w sposób ułatwiający obsługę wszystkich stanowisk
roboczych gniazda.
Projekt manipulatora MTO-1 opracowano w CBKT-ZNTK Łapy. Prototyp,
wykonany w ZNTK w Łapach, działał przez kilka miesięcy w ZNTK w
Ostrowie Wlkp. Mechaniczne napędy urządzenia nie wytrzymywały jednak
ogromnych przeciążeń, związanych z operowaniem tak wielką masą (waga
zestawu - ok. 13 kN).
W wyniku wprowadzonych zmian konstrukcyjnych powstały kolejne odmiany
z wysokomomentowymi silnikami hydraulicznymi do obrotu chwytaka i
kolumny z hydraulicznym (zamiast śrubowego) napędem "góra-dół" i in.
Zupełną zmianę jakościową w pracy urządzenia uzyskano, zmieniając
układ sterowania ze stykowo-przekaźnikowego na elektroniczny
sekwencyjny. Manipulator, a właściwie już robot TMz-2 pracuje obecnie
w ZNTK Łapy.
Przystępując do konstruowania "robota do obsługi stanowisk w gnieździe
obręczowania zestawów kołowych" RbZA-15 CBKT ZNTK - Oddział w Łapach
miało za sobą
kilkuletnie doświadczenie w projektowaniu manipulatora MTO-1 i
TMz-2.
Prace związane z wdrożeniem TMz-2 umożliwiły pracownikom biura
zapoznać się z problemami występującymi przy manipulowaniu tak dużymi
masami.
Robot RbZA-15 (rys. 1) jest rozwinięciem konstrukcji TMz-2, z tym, że
część mechaniczna została całkowicie przekonstruowana, przy zachowaniu
możliwości funkcjonalnych prototypu.
Urządzenie składa się z kolumny stałej z podstawą 9, na której
ułożyskowana jest kolumna obrotowa- 3. Kolumna obrotowa jest
konstrukcją spawaną z kształtowników hutniczych. Ma dwie pary
prowadnic, po których przesuwa się obsada ramienia 6. Obsada ramienia
ma cztery pary rolek nośnych, umożliwiających przemieszczanie całego
zespołu ramienia wzdłuż kolumny obrotowej. Ramię 7 wraz z chwytakiem 8
stanowi element wykonawczy robota. Chwytak umożliwia uchwycenie
zestawu oraz jego unieruchomienie. Do wyrównoważenia układu
przewidziano ruchomy przeciwciężar pozwalający znacznie zmniejszyć
naciski na rolki nośne. Urządzenie ma dwa zasilacze hydrauliczne.
Jeden z nich (rys. 2) jest wysokociśnieniowym agregatem zasilającym
układy obrotu kolumny, obrotu chwytaka oraz układ chwytania i
blokowania zestawu. Drugi agregat, o ciśnieniu 4 MPa, zasila
hydrauliczny silnik liniowy napędu "góra-dół".
Obrót kolumny i chwytaka dokonuje się za pomocą obrotowych silników
hydraulicznych produkcji krajowej.
Możliwości funkcjonalne robota wynikają bezpośrednio z jego budowy.
Może on przemieszczać zestaw w pionie o 1400 mm, realizować obrót
kolumny o 270° i obrót chwytaka o ±180°. Urządzenie chwytowe umożliwia
uchwycenie i zablokowanie standardowego zestawu wagonowego. Udźwig -
15 kN.
Przystępując do zaprojektowania układu sterowania robota RbZA-15,
starano się zapewnić taką pracę urządzenia, by w maksymalnym stopniu
zwolnić obsługującego od czynności decyzyjnych, a jednocześnie
zapewnić wykonanie wszystkich operacji technologicznych.
Wnikliwa obserwacja pracy gniazda obręczowania umożliwiła ustalenie
najbardziej korzystnej sekwencji wykonywanych przez robota czynności.
Sekwencje te przedzielone są przerwami na wykonanie niezbędnych
operacji technologicznych takich, jak zakładanie pierścienia i jego
zawalcowywanie.
Ponieważ nie można określić jednoznacznie czasu trwania poszczególnych
operacji technologicznych, przyjęto założenie, że każdorazowe
przejście do wykonania kolejnych czynności wymaga uruchomienia
urządzenia przez obsługę.
Pełny cykl pracy robota zawiera 49 kroków, z których 44 to czynności
manipulacyjne, a 5 stanowią przerwy
technologiczne. Pierwsza mikrosekwencja to opuszczenie się ramienia po
koło bose, uchwycenie i zablokowanie, uniesienie w górę i obrót o 90°.
Przerwa, jaka następuje po wykonaniu tych czynności umożliwia obsłudze
umieszczenie nagrzanej obręczy na stanowisku zakładania pierścieni
RMp-2. Uruchomienie przyciskiem robota powoduje obrót kolumny o 90° na
stanowisko RMp-2, a następnie opuszczenie ramienia aż do wstawienia
zestawu w obręcz.
Kolejna przerwa w pracy robota umożliwia założenie pierścienia. Po
wykonaniu tej czynności ponowne uruchomienie robota powoduje
uniesienie zaobręczowanego jednostronnie zestawu i jego transport na
zawalcarkę PZC-150, łagodne umieszczenie zestawu na zawalcarce oraz
odblokowanie chwytaka, co umożliwia swobodny obrót zestawu podczas
zawalcowywania.
Przerwa technologiczna, przewidziana po tej mikro-sekwencji, jest
konieczna ze względu na czas, jaki upływa od zakończenia walcowania do
nagrzania drugiej obręczy i umieszczenia jej na stanowisku montażu
pierścieni. Kolejne uruchomienie robota powoduje zablokowanie zestawu
w chwytaku, uniesienie nad rolki podporowe zawalcarki, obrót, kolumny
w stronę stanowiska RMp-2, obrót chwytaka o 180° oraz ruch w dół, aż
do wstawienia koła bosego w drugą obręcz. Dalej, aż do zawalcowania
pierścienia drugiej obręczy, wszystko odbywa się tak jak opisano
powyżej.
Po zawalcowaniu pierścienia drugiej obręczy i uruchomieniu robota
odbywa się transport gotowego zestawu na stanowisko odstawcze TKz-1/4,
obrót zestawu o 90°, ruch w dół aż do postawienia zestawu na
stanowisku odstawczym, wyluzowanie zestawu, ruch ramienia do góry i
powrót na stanwisko kół bosych. W tym momencie następuje koniec cyklu
i robot jest ponownie gotowy do wykonywania całej sekwencji operacji.
Techniczna realizacja tego programu polegała na zbudowaniu
elektronicznego układu sekwencyjnego ze scalonych układów cyfrowych
serii TTL-74, sterującego pracą elementów wykonawczych takich,
jak styczniki, cewki elektrozaworów hydraulicznych itp.
Sygnały od łączników drogowych, informujących o położeniach organów
wykonawczych, są formowane w układach wejściowych i w postaci impulsów
docierają do licznika kroków, pracującego w kodzie binarnym.
Licznik steruje pracą rozdzielacza sygnałów, zbudowanego z
demultiplekserów, powodując uaktywnienie kolejnych wyjść rozdzielacza.
Sygnały, pojawiające się na tych wyjściach, po przejściu przez układy
logiki i uzależnień czasowych powodują włączanie lub wyłączanie
układów wykonawczych.
Układ sterowania zapewnia możliwość pracy ręcznej w czasie przerw
technologicznych, nie powodując przy tym "wypadnięcia" robota z cyklu
automatycznego.
Możliwe jest również, w razie potrzeby, ręczne sterowanie robotem.
Wykonywanie poszczególnych ruchów w tym reżimie pracy następuje po
naciśnięciu odpowiednich przycisków i trwa do momentu zwolnienia
przycisku.
Układ sterowania w obecnej postaci zapewnia możliwość zaprogramowania
dowolnej sekwencji 64 kroków. Programowanie realizowane jest metodą
tablicy połączeń. Układ sterowania jest zbudowany w całości z
elementów produkcji krajowej.
W przyszłości planowane jest zastąpienie kilkudziesięciu układów
scalonych wchodzących w skład obecnego układu sterowania systemem
mikroprocesorowym, co znacznie zwiększy niezawodność działania.
Robot RbZA-15 przystosowany jest do wykonywania zwiększonych zadań
produkcyjnych. Przy obecnej organizacji pracy gniazda obręczowania
zestawów kołowych nie może być on w pełni wykorzystany ze względu na
zbyt małą wydajność urządzeń współpracujących. Zwłaszcza nagrzewnica
obręczy NIR-12 stanowi "wąskie gardło" gniazda ze względu na długi
czas nagrzewania.
Znaczne skrócenie czasu manipulacji w związku z zastosowaniem robota
zmusza do takich zmian organizacyjno-technicznych pracy gniazda, które
umożliwia znaczne zwiększenie wydajności pracy i pełne wykorzystanie
wszystkich urządzeń współpracujących z robotem.
W przypadku zastosowania robota RbZA-15 w gnieździe obręczowania
likwiduje się jedno stanowisko pracy oraz eliminuje udział suwnicy
przy obsłudze gniazda.
W znaczny sposób zmniejsza się uciążliwość pracy oraz poprawiają się
warunki BHP.
Program produkcji robotów RbZA-15 przewiduje w 1987 roku wykonanie
serii informacyjnej (3 szt.), zaś począwszy od 1988 roku rozpoczęcie
produkcji seryjnej (ok. 5 szt. rocznie). Docelowe wykonanie szacuje
się na około 30 sztuk.
Konieczność robotyzacji procesów produkcyjnych przy naprawie
kolejowych pojazdów szynowych wynika z dużej pracochłonności oraz
niskiej atrakcyjności prac ręcznych, wykonywanych w ciężkich i
szkodliwych dla zdrowia warunkach.
Tylko wprowadzając postęp techniczny, można zwiększyć wydajność i
uatrakcyjnić pracę przy naprawie taboru kolejowego.