李國(guó)直，李 穎，王 京

（北京鐵路局 科研所，北京 100860）

列車(chē)輪對(duì)是高速列車(chē)運(yùn)行的重要部件，為增加高速運(yùn)行的可靠性，在檢修作業(yè)中對(duì)輪對(duì)探傷質(zhì)量的要求相應(yīng)提高，需探傷的部位比原來(lái)也有所增加。列車(chē)輪對(duì)的清洗是輪對(duì)探傷前的必需工序，清洗的質(zhì)量，直接影響著探傷的質(zhì)量。對(duì)以往不做要求的輪對(duì)輻板，現(xiàn)在也納入了清洗的范疇。輪對(duì)結(jié)構(gòu)的改變，探傷要求的提高，使原有的輪對(duì)清洗機(jī)已不能滿(mǎn)足當(dāng)前清洗作業(yè)的要求，為確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，研制了適合于多種輪對(duì)及其輻板的輪對(duì)清洗機(jī)。

1 清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 輪對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

普通輪對(duì)的結(jié)構(gòu)為兩個(gè)車(chē)輪組裝在車(chē)軸上，應(yīng)刷洗的部位為兩輪中間的軸身，車(chē)輪輻板。帶制動(dòng)盤(pán)的輪對(duì)結(jié)構(gòu)為兩車(chē)輪中間有兩個(gè)制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)盤(pán)使軸身形成3個(gè)應(yīng)清洗的區(qū)間，區(qū)間距離分別為 110 mm、700 mm、110 mm。

輪對(duì)的驅(qū)動(dòng)裝置是由電機(jī)帶動(dòng)輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，輪對(duì)相對(duì)輥輪的定位方式是采用輪緣定位的方式，比踏面定位的方式提高了精度，保證軸身根部的清洗質(zhì)量，增加了清洗機(jī)運(yùn)行的可靠性。在兩輥輪中間設(shè)計(jì)了緩沖裝置，輪對(duì)推入清洗工位時(shí)，緩沖裝置平穩(wěn)下落，減少了輪對(duì)對(duì)輥輪的沖擊振動(dòng)，降低了工作噪聲，延長(zhǎng)了軸承及其相關(guān)件的使用壽命。

1.2 機(jī)械手?jǐn)[臂的設(shè)計(jì)

主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括1根主橫梁軸，分別裝上4個(gè)刷車(chē)輪大臂，大臂前端采用較短的小腕臂，腕臂用小液壓缸來(lái)推動(dòng)，使刷頭靠緊車(chē)輪進(jìn)行刷洗。主橫梁軸用來(lái)完成大臂上下行程的動(dòng)作，分2組。

第1組是內(nèi)側(cè)兩大臂。內(nèi)側(cè)兩大臂固定在內(nèi)側(cè)長(zhǎng)1 321 mm的套筒管兩端上，套筒套在橫梁主軸上，動(dòng)作靠外接擺動(dòng)桿，通過(guò)一只63型液壓缸來(lái)完成。液壓缸的行程是280 mm。

第2組是外側(cè)兩大臂。外側(cè)兩大臂分別固定在兩個(gè)套筒上，套筒用鍵固定在橫梁主軸上。橫梁主軸一端用擺動(dòng)桿，通過(guò)63型液壓缸完成動(dòng)作的上下同步。

4個(gè)大臂分別用4只液壓擺動(dòng)缸，使每個(gè)大臂沿著臂的軸向旋轉(zhuǎn)。每?jī)山M大臂轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作是反向同步步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大臂前端的腕臂帶動(dòng)刷頭，沿著車(chē)輪輻板面近似于法線(xiàn)方向進(jìn)行隨動(dòng)刷洗。

2 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)方案

可編程邏輯控制器（PLC）是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，與電動(dòng)機(jī)和機(jī)械機(jī)構(gòu)相結(jié)合，可完成由程序控制的規(guī)定動(dòng)作和控制，在惡劣環(huán)境或人體無(wú)法接觸的場(chǎng)合下能代替人工自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種功能。輪對(duì)輻板清洗機(jī)的控制系統(tǒng)就是采用PLC產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，控制清洗機(jī)在清洗作業(yè)中的各步作業(yè)流程，提高列車(chē)的清洗效率和清洗質(zhì)量。

2.1 PLC控制系統(tǒng)硬件配置

控制系統(tǒng)采用可編程人機(jī)界面控制器，控制器型號(hào)為XLt105，具有12點(diǎn)直流輸入（4路HSC），12點(diǎn)直流輸出（2路PWM），2路萬(wàn)能模擬量輸入（T/C，RTD，mV，mA，V），2路模擬量輸出（mA，V）。整個(gè)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)參數(shù)設(shè)置，且可選擇自動(dòng)運(yùn)行模式和手動(dòng)運(yùn)行模式兩種方式，加強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路：本系統(tǒng)是一個(gè)多工步的順序控制系統(tǒng)，可以運(yùn)用模塊化程序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，機(jī)械手臂的運(yùn)轉(zhuǎn)為間斷式工作，所以使用順序控制邏輯進(jìn)行軟件編輯，它的重點(diǎn)在于機(jī)械手臂每一個(gè)動(dòng)作的時(shí)間和角度的控制，此外，還要重點(diǎn)采取防呆措施，避免產(chǎn)生安全事故。

設(shè)計(jì)軟件作業(yè)流程如圖1。

圖1 清洗機(jī)作業(yè)流程圖（部分）

車(chē)輪清洗系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)以Cscape（Cont rol Station Cent ral Appl ication Programming Environment）軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，此開(kāi)發(fā)平臺(tái)集合了傳統(tǒng)的PLC梯形圖編程語(yǔ)言以及畫(huà)面的組態(tài)功能。軟件開(kāi)發(fā)界面如圖2。

2.3 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

圖2 軟件開(kāi)發(fā)界面

系統(tǒng)采用觸摸屏按鈕設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行觸摸操作。啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)入自動(dòng)清洗模式并自檢，也可以通過(guò)“模式”按鈕進(jìn)入按鈕選擇界面，手動(dòng)選擇清洗模式，在手動(dòng)模式中，針對(duì)每一個(gè)機(jī)械手?jǐn)[臂、液壓缸以及馬達(dá)都可以通過(guò)觸摸屏進(jìn)行操作，使機(jī)械手臂在任意位置時(shí)均可以安全回到原點(diǎn)；“設(shè)置”按鈕可以設(shè)置輪對(duì)類(lèi)型、清洗壓力、清洗時(shí)間、是否洗軸等參數(shù)；“復(fù)位”按鈕用于在遇到故障緊急停機(jī)后，恢復(fù)程序及機(jī)械手?jǐn)[臂到初始位置。圖3和圖4分別為開(kāi)機(jī)界面和模式選擇界面。

圖3 開(kāi)機(jī)界面

圖4 模式選擇界面

3 結(jié)束語(yǔ)

高速列車(chē)輪對(duì)輻板清洗機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能要求嚴(yán)格的成套設(shè)備，清洗結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，易于安裝和部件更換?？刂葡到y(tǒng)采用可編程人機(jī)界面控制器，軟件運(yùn)行平穩(wěn)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手?jǐn)[臂和清洗毛刷的動(dòng)作精準(zhǔn)，清洗流暢可靠，具有完善的安全保護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)將嚴(yán)重銹蝕的帶厚氧化皮的車(chē)輪輻板清洗干凈，整體清洗效果良好。

[1] 朱德敏. PLC 技術(shù)在鐵路電氣化中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 電氣化鐵道，2000（1）.