羅玉勝 譚兆海 劉曉霞 劉楨榕 姚春剛

（1.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司，蘭州 730000；2.齊齊哈爾四達(dá)鐵路設(shè)備有限責(zé)任公司，齊齊哈爾 161002）

研發(fā)鐵路貨車(chē)輪對(duì)智能輸送存儲(chǔ)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)在各個(gè)檢修設(shè)備間的自動(dòng)輸送、智能排序存儲(chǔ)以及流水線(xiàn)式聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，能夠徹底解決人工推輪勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，從而保證檢修設(shè)備操控人員專(zhuān)注操作檢修設(shè)備，大幅提高輪對(duì)檢修質(zhì)量。

1 概述

目前，各鐵路車(chē)輛段的檢修設(shè)備已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線(xiàn)檢修作業(yè)模式，如轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)梁、制動(dòng)閥、鉤緩等檢修流水線(xiàn)[1-2]。然而，作為鐵路貨車(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵部件，鐵路貨車(chē)輪對(duì)在段修輪軸檢修過(guò)程中一直沿用原有的檢修工藝，即在檢修線(xiàn)軌道上由工人推動(dòng)向前滾動(dòng)，經(jīng)過(guò)各個(gè)跨軌通過(guò)式結(jié)構(gòu)的工位級(jí)自動(dòng)化檢修設(shè)備完成段修輪軸檢修。采用設(shè)備操作人員人工推動(dòng)輪對(duì)的檢修方式會(huì)大幅增加檢修輔助時(shí)間，從而延長(zhǎng)設(shè)備輪對(duì)檢修的工作節(jié)拍，嚴(yán)重制約各個(gè)檢修工位自動(dòng)化設(shè)備的檢修效率，且大幅增加了檢修設(shè)備操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，該方式在一定程度上也分散了檢修設(shè)備操作人員的精力，使得設(shè)備操作人員不能專(zhuān)注地監(jiān)控檢修設(shè)備的檢修過(guò)程與檢測(cè)結(jié)果，特別是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常故障時(shí)不能及時(shí)停機(jī)，從而造成設(shè)備損壞，影響輪對(duì)檢修質(zhì)量，浪費(fèi)人 力資源。

基于以上需求，保留現(xiàn)有段修輪軸檢修模式不變，通過(guò)在輪對(duì)軌道的內(nèi)側(cè)增加一套輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)，并將檢修線(xiàn)上的既有檢修設(shè)備與輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的控制系統(tǒng)連接，同時(shí)新增一套檢修線(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)，從而解決了上述問(wèn)題。通過(guò)綜合數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了待檢修輪對(duì)的自動(dòng)輸送、智能排序、自動(dòng)存儲(chǔ)、檢修設(shè)備的自動(dòng)上下料以及輪對(duì)的自動(dòng)檢測(cè)流水線(xiàn)式作業(yè)，從而減少了操作人員數(shù)量，真正實(shí)現(xiàn)了有人值守、無(wú)人作業(yè)的段修輪軸檢修新模式。

2 既有段修輪軸檢修線(xiàn)模式

目前，車(chē)輛段段修輪對(duì)檢修設(shè)備均為自動(dòng)化獨(dú)立控制的結(jié)構(gòu)，并且每臺(tái)設(shè)備都需要配備專(zhuān)業(yè)操作人員，待檢修輪對(duì)由輪對(duì)收入端依次經(jīng)過(guò)檢修設(shè)備工裝，各關(guān)鍵部件的檢修工藝如下。

2.1 非退卸軸承的檢修工藝

非退卸軸承的檢修工藝為：軸承外圈除銹→輪對(duì)測(cè)量→軸承檢查→端蓋分解→輪對(duì)清洗→輪對(duì)磁粉探傷→輪對(duì)超聲波探傷→多通道超聲波探傷→車(chē)輪旋修→關(guān)蓋軸端扳機(jī)→軸承磨合→輪對(duì)測(cè)量→輪對(duì)油漆→輪對(duì)選配支出。

2.2 退卸軸承的檢修工藝

退卸軸承的檢修工藝為：軸承外圈除銹→輪對(duì)測(cè)量→軸承檢查→端蓋分解→軸承退卸→輪對(duì)清洗→輪對(duì)磁粉探傷→輪對(duì)超聲波探傷→多通道超聲波探傷→車(chē)輪旋修→軸徑測(cè)量→軸承壓裝→關(guān)蓋軸端扳機(jī)→軸承磨合→輪對(duì)測(cè)量→輪對(duì)油漆→輪對(duì)選配支出。

2.3 非退卸軸承、非輪對(duì)旋修的檢修工藝

非退卸軸承、非輪對(duì)旋修的檢修工藝為：軸承外圈除銹→輪對(duì)測(cè)量→軸承檢查→端蓋分解→輪對(duì)清 洗→輪對(duì)磁粉探傷→輪對(duì)超聲波探傷→多通道超聲波探傷→關(guān)蓋軸端扳機(jī)→軸承磨合→輪對(duì)測(cè)量→輪對(duì)油漆→輪對(duì)選配支出。

2.4 輪軸段修輪對(duì)檢修存在的問(wèn)題

根據(jù)以上檢修設(shè)備現(xiàn)狀與檢修工藝，段修輪對(duì)檢修存在如下問(wèn)題：第一，每臺(tái)設(shè)備都需要配備相應(yīng)的設(shè)備操作人員，如輪對(duì)測(cè)量機(jī)、軸承退卸設(shè)備、輪對(duì)清洗設(shè)備等；第二，相鄰兩臺(tái)檢修設(shè)備間都設(shè)置有輪對(duì)存放空間，且距離較遠(yuǎn)的需要配備獨(dú)立工人用于將輪對(duì)由上一檢修設(shè)備下料區(qū)逐一推送到下一檢修設(shè)備上料區(qū)，然后由設(shè)備操作人員將輪對(duì)推送到本設(shè)備的檢修工位上，因此工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)設(shè)備上料需要操作人員推動(dòng)輪對(duì)進(jìn)入設(shè)備，從而導(dǎo)致操作人員的大部分工作時(shí)間浪費(fèi)到檢修輪對(duì)的上料過(guò)程；第三，操作人員在設(shè)備運(yùn)行時(shí)需要全程盯控輪對(duì)檢修過(guò)程，否則將出現(xiàn)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)等待操作指令的現(xiàn)象，此時(shí)若有輪對(duì)需要滾動(dòng)到該工位，操作者還要兼顧輪對(duì)上料排序工作，從而影響操作者對(duì)檢修過(guò)程的盯控，直接影響輪對(duì)的檢修質(zhì)量；第四，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)需要人員手動(dòng)錄入或者通過(guò)軟件操作從鐵路貨車(chē)技術(shù)管理信息系統(tǒng)（Hmanagement Information System，HMIS） 數(shù)據(jù)庫(kù)提取，而且HMIS上報(bào)數(shù)據(jù)也需要操作人員介入；第五，設(shè)備生產(chǎn)調(diào)度全部由人工協(xié)調(diào)，遇到特殊情況時(shí)處理困難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)設(shè)備生產(chǎn)，檢修效率低。

3 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

將既有輪軸段修獨(dú)立的自動(dòng)化檢修設(shè)備連接在一起能夠?qū)崿F(xiàn)檢修作業(yè)統(tǒng)一調(diào)度、檢修數(shù)據(jù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)、檢修輪對(duì)自動(dòng)傳輸，從而減少生產(chǎn)線(xiàn)上檢修作業(yè)人員的數(shù)量。該方式能夠使既有輪對(duì)檢修作業(yè)的單機(jī)單人方式轉(zhuǎn)變成檢修工位由專(zhuān)業(yè)人員統(tǒng)一監(jiān)控，同時(shí)輔助人員流動(dòng)巡查的檢修方式，從而實(shí)現(xiàn)由人控轉(zhuǎn)變成機(jī)控，由人工單一協(xié)調(diào)變?yōu)闄z修線(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，這樣既保證了輪對(duì)的檢修質(zhì)量和檢修效率，又大幅減少了設(shè)備操作人員的數(shù)量，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輪對(duì)檢修智能化和檢修區(qū)域無(wú)人作業(yè)、有人值守的作業(yè)方式。

4 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證輸送輪對(duì)順暢，同時(shí)減小設(shè)備占用空間，保留現(xiàn)有輪對(duì)輸送方式，本次設(shè)計(jì)的輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的機(jī)械部分將全部采用地下式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)備整體固定到一側(cè)鋼軌上，設(shè)備基礎(chǔ)邊緣距離軌邊緣為150 mm，安裝后的設(shè)備不會(huì)高出地面，不影響人員及運(yùn)輸車(chē)輛的通過(guò)。

5 輪對(duì)輸送過(guò)程中可能遇到的幾種情況

目前，現(xiàn)有的輪軸檢修設(shè)備布局遵循的原則是根據(jù)輪對(duì)檢修設(shè)備的節(jié)拍合理設(shè)置兩臺(tái)相鄰設(shè)備間的距離，確保相鄰兩臺(tái)設(shè)備間能夠存放足夠的檢修輪對(duì)，從而保證檢修線(xiàn)工藝順暢。相鄰兩臺(tái)檢修設(shè)備間檢修輪對(duì)的輸送、排序、存放可能會(huì)出現(xiàn)如下3種情況：第一，下一檢修設(shè)備上料工位沒(méi)有輪對(duì)，上一檢修設(shè)備下料工位出輪或者連續(xù)出輪；第二，下一檢修設(shè)備上料工位存放一條或者多條輪對(duì)，上一檢修設(shè)備下料工位出輪或者連續(xù)出輪；第三，兩臺(tái)相鄰檢修設(shè)備間存滿(mǎn)檢修輪對(duì)。

6 推輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀態(tài)設(shè)計(jì)

通過(guò)分析以上輪對(duì)輸送過(guò)程中的幾種情況，第二種情況在實(shí)際檢修過(guò)程中出現(xiàn)的概率最多，即在確保下一檢修設(shè)備上料工位待檢修輪對(duì)有序排隊(duì)的情況下，應(yīng)該如何使輪對(duì)能夠快速由上一檢修設(shè)備的下料工位輸送到下一檢修設(shè)備的上料工位，從而減少下一檢修設(shè)備上料工位的排序輪對(duì)在后續(xù)輪對(duì)輸送過(guò)程中的相互沖撞，以及輸送機(jī)構(gòu)對(duì)排序輪對(duì)的推力對(duì)下一檢修設(shè)備上料工位進(jìn)輪阻擋的沖擊。本次設(shè)計(jì)的推輪機(jī)構(gòu)綜合考慮推輪力矩的大小，確保在推動(dòng)一條輪對(duì)前進(jìn)的同時(shí)，能夠做到力矩最小化，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)輪對(duì)遇到障礙停止?jié)L動(dòng)時(shí)能夠快速壓縮并越過(guò)該輪對(duì)，以防止推輪機(jī)構(gòu)與輪對(duì)卡死或者輪對(duì)傾斜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人工推動(dòng)輪對(duì)返回上一工位時(shí)減小輪對(duì)滾動(dòng)的阻力。推輪機(jī)構(gòu)正常推輪狀態(tài)如圖1所示，輪對(duì)到位后推輪機(jī)構(gòu)快速壓縮狀態(tài)如圖2所示。

根據(jù)推輪機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的幾種狀態(tài)和推輪機(jī)構(gòu)使用的頻次，為了推輪機(jī)構(gòu)日后維修的便利，本次設(shè)計(jì)的推輪機(jī)構(gòu)將采用長(zhǎng)壽命、模塊化的快速更換方式，即易損件充分實(shí)現(xiàn)卡扣式快速更換，從而減少因設(shè)備維修所帶來(lái)的誤工時(shí)間，提高輸送線(xiàn)的使用效率。

7 推輪機(jī)構(gòu)阻尼缸壽命計(jì)算

推輪阻尼缸壽命參數(shù)為10萬(wàn)次。按照兩個(gè)相鄰設(shè)備間可以存放8條輪對(duì)計(jì)算，末尾的阻尼缸壓縮次數(shù)為7+6+5+4+3+2+1=28次。阻尼缸壓縮最多的為輸送線(xiàn)末端的阻尼缸，按照一般車(chē)輛段檢修輪對(duì)為100條、每年工作時(shí)間為250天計(jì)算，阻尼缸每年的壓縮次數(shù)為28×12.5×250=87 500次。根據(jù)理論計(jì)算推輪阻尼缸壽命為1.2年。以上計(jì)算為最極端情況，根據(jù)目前段修輪軸檢修工藝，若下一檢修設(shè)備停止工作，則上一設(shè)備出輪后輸送線(xiàn)可以等待，然后根據(jù)上一設(shè)備檢修節(jié)拍設(shè)置推輪節(jié)拍，這樣就可以減少阻尼缸的壓縮次數(shù)，同時(shí)按照最優(yōu)方式設(shè)置推輪節(jié)拍，即可使推輪阻尼缸壓縮次數(shù)將大幅降低。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，阻尼缸在反復(fù)壓縮試驗(yàn)過(guò)程中可以達(dá)到11萬(wàn)次而沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。綜上所述，阻尼缸壽命至少能夠達(dá)到兩年以上。同時(shí)，該阻尼缸采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)空氣彈簧，價(jià)格便宜購(gòu)買(mǎi)方便。

8 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的設(shè)計(jì)

8.1 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的電器控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）加觸摸屏結(jié)構(gòu)，設(shè)備在輸送線(xiàn)輸入與輸出端設(shè)置有輪對(duì)檢測(cè)傳感器，用來(lái)檢測(cè)輸送線(xiàn)進(jìn)出料輪對(duì)，同時(shí)輸送線(xiàn)將與前后兩端設(shè)備控制系統(tǒng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)輪對(duì)輸送線(xiàn)與檢修設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制[3]。

8.2 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)與前一工位出輪檢測(cè)設(shè)置

本次設(shè)計(jì)的輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)控制系統(tǒng)將與其前端設(shè)備進(jìn)行信號(hào)對(duì)接。當(dāng)輸送存儲(chǔ)線(xiàn)前一工位設(shè)備完成檢測(cè)后，將出輪指令發(fā)送給輸送存儲(chǔ)線(xiàn)控制系統(tǒng)，輸送存儲(chǔ)線(xiàn)控制系統(tǒng)接收指令后，同步掃描輸送存儲(chǔ)線(xiàn)上料端激光對(duì)射檢測(cè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)輸送存儲(chǔ)線(xiàn)上料端激光對(duì)射檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到輪對(duì)到達(dá)輸送存儲(chǔ)線(xiàn)上料端時(shí)，輸送存儲(chǔ)線(xiàn)會(huì)將前一工位輸出的輪對(duì)開(kāi)始向下一工位上料端輸送，輸送存儲(chǔ)線(xiàn)控制系統(tǒng)同步記錄該輪對(duì)的運(yùn)行軌跡，并在控制面板上動(dòng)態(tài)顯示該輪對(duì)實(shí)際到達(dá)的位置。根據(jù)輪對(duì)存儲(chǔ)情況以及輪對(duì)輸送速度，動(dòng)態(tài)地將目前線(xiàn)上輪對(duì)信息傳遞給下一檢修工位，從而實(shí)現(xiàn)檢修輪對(duì)的智能存儲(chǔ)與智能配送。

8.3 輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)節(jié)拍設(shè)置

輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)推輪驅(qū)動(dòng)部分采用氣缸為動(dòng)力源，輸送存儲(chǔ)線(xiàn)控制系統(tǒng)通過(guò)控制電磁閥切換風(fēng)源管路，從而控制氣缸伸出縮回帶動(dòng)推輪機(jī)構(gòu)動(dòng)作，推動(dòng)輪對(duì)向前滾動(dòng)[5]。因此，輸送存儲(chǔ)線(xiàn)可以動(dòng)態(tài)地控制電磁閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)控制輸送存儲(chǔ)線(xiàn)的輸送節(jié)拍，使輸送存儲(chǔ)線(xiàn)輸送輪對(duì)的速度可以根據(jù)前后設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行節(jié)拍動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輪對(duì)檢修線(xiàn)整體連續(xù)、智能、動(dòng)態(tài)控制，減少輸送線(xiàn)前后檢修設(shè)備與輸送線(xiàn)自身空閑等待時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)檢修輪對(duì)自動(dòng)輸送，檢修設(shè)備自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，檢修操作人員動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

9 結(jié)語(yǔ)

輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了鐵路貨車(chē)輪對(duì)的工位級(jí)檢修模式變成流水線(xiàn)式聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，徹底解決了人工推輪勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，保證了檢修設(shè)備操控人員能夠?qū)Ｗ⒉僮鳈z修設(shè)備，從而提高輪對(duì)檢修質(zhì)量。輪對(duì)智能排序輸送存儲(chǔ)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)的智能輸送、排序，使其具有智能存儲(chǔ)功能，而且能夠根據(jù)數(shù)據(jù)合理安排輪對(duì)存儲(chǔ)排序方案，從而實(shí)現(xiàn)檢修輪對(duì)的最優(yōu)排序。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，長(zhǎng)壽命的推輪裝置與易損件快換模式，降低了設(shè)備的維護(hù)成本與維護(hù)工作量，提高了鐵路貨車(chē)段修輪軸的檢修效率與質(zhì)量，確保了行車(chē)安全。