朱健偉，史時喜，侯小祥

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

車輛落成、稱重調整、尺寸測量是動車組高級修中的重要工序?，F(xiàn)有檢修工藝將三處工位分別設置在不同區(qū)域，車輛每次落成后要通過移車臺將組裝好的單節(jié)車轉送至其他工位進行稱重試驗、尺寸測量，當結果不滿足要求時就需要將該單節(jié)車移回落成工位進行調整，如此循環(huán)作業(yè)，直至合格[1-2]。由此可知，該工藝存在如下缺點：多個工位用地面積大、工位間轉運周期長、作業(yè)效率低[3]。

西安動車段四、五級修的場地有限且檢修任務重，現(xiàn)有多工位檢修模式已無法滿足動車段高級修實際作業(yè)需求。針對上述問題，本文設計了一種可滿足在單一工位上完成車輛落成、稱重調整、尺寸測量作業(yè)的一體化設備系統(tǒng)——動車組綜合落成系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結構設計

動車組綜合落成系統(tǒng)的設計以滿足西安動車段CRH系列動車組及CR300、CR400系列標準動車組高級修車輛落成、稱重調整、尺寸測量一體化作業(yè)需求為目的，具有較高的集成度、良好的兼容性。

1.1 方案原理

對應單節(jié)車輛的兩臺轉向架，綜合落成系統(tǒng)由兩組單坑設備和一套電控系統(tǒng)組成，單坑設備采用側進通道+中間及兩側升降平臺+端部伸縮平臺的布置方案，如圖1所示。系統(tǒng)伸縮平臺與升降平臺同時動作，可將架車狀態(tài)的水平作業(yè)面快速轉化為稱重及尺寸測量狀態(tài)的下沉作業(yè)面。在非工作及落車時，中間及兩側升降平臺與地面平齊，伸縮平臺蓋板伸出，方便人員及車輛通行，同時借助轉向架舉升裝置和車體舉升裝置，把落車作業(yè)面調整到合適的高度。在稱重及尺寸測量調整工序，中間升降平臺及兩側升降平臺下降至相應高度，實現(xiàn)局部模擬軌道橋及檢查坑的作業(yè)環(huán)境，供快速稱重及尺寸調整作業(yè)。此方案取消了常規(guī)工藝中檢查坑與軌道橋結構的設置，避免了人員跌落風險，同時兩側檢修通道的設置方便了作業(yè)人員進出，有效提高了作業(yè)效率。

圖1 綜合落成系統(tǒng)布置圖

1.2 單坑設備組成及功能

系統(tǒng)單坑設備主要由車體舉升單元、轉向架舉升單元、主機架、兩側升降平臺、中間升降平臺、兩側伸縮平臺、稱重系統(tǒng)、地面防護、電氣系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

1—稱重系統(tǒng)；2—車體舉升單元；3—轉向架舉升單元；4—兩側伸縮平臺；5—中間升降平臺；6—兩側升降平臺；7—地面防護

1.2.1車體舉升單元

每套綜合落成系統(tǒng)有4個車體舉升單元，對應車輛車體的4個架車點。車體舉升單元由伸縮托頭、舉升柱、移動導向軌、升降驅動裝置、移動驅動裝置等組成，如圖3所示。

1—伸縮托頭；2—升降驅動裝置；3—移動驅動裝置；4—移動導向軌；5—舉升柱

車體舉升由舉升單元整體移動、托頭伸出、舉升柱升降3個動作組成。移動導向軌可支撐車體舉升單元沿軌道方向移動，同時舉升柱的頂端伸縮托頭伸出距離可調，從而滿足兼容CRH系列及CR系列標準動車組多種車型不同架車點的架車作業(yè)需求。

1.2.2轉向架舉升單元

每套綜合落成系統(tǒng)有2個轉向架舉升單元，對應單節(jié)車輛的2臺轉向架。每個轉向架舉升單元由舉升機構、隨動蓋板、同步驅動機構等組成，如圖4所示。舉升梁升起后，由隨動蓋板自動補齊空洞，可以避免檢修作業(yè)人員因踏空而帶來的危險。每根舉升梁對應轉向架的同側2個車輪，2臺轉向架通過可編程邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)實現(xiàn)同步舉升作業(yè)[4]。

1—舉升梁；2—同步驅動裝置；3—主機架；4—隨動蓋板

1.2.3主機架

主機架是動車組綜合落成系統(tǒng)的關鍵承載部件，車體舉升單元的導向軌、轉向架舉升的驅動裝置安裝梁、兩側升降平臺固定架、中間升降平臺固定架、稱重系統(tǒng)均固定在主機架上。

1.2.4兩側升降平臺

兩側升降平臺在非工作及架車狀態(tài)時升至與庫內(nèi)地面平齊；在稱重及尺寸測量調整工序時降落，提供相對于檢修庫地面900 mm深的工作環(huán)境，便于作業(yè)人員車下作業(yè)。兩側升降平臺由升降平臺本體、頂升機構、升降平臺固定座、平臺固定插銷等組成，如圖5所示。

1—隨動蓋板；2—平臺本體；3—升降平臺固定座；4—頂升機構；5—平臺固定插銷

1.2.5中間升降平臺

中間升降平臺在非工作及架車狀態(tài)時升至與庫內(nèi)地面平齊；在稱重及尺寸測量調整工序時降落，提供相對于檢修庫地面1 700 mm深的工作環(huán)境，便于人員車下作業(yè)。

1.2.6兩側伸縮平臺

兩側伸縮平臺主要用于遮蓋通往地下通道的鋼梯。在非工作及架車狀態(tài)，平臺伸出覆蓋通道鋼梯，為作業(yè)人員提供平整作業(yè)場地；在稱重及尺寸測量調整狀態(tài)，伸縮平臺縮回，作業(yè)人員可以使用鋼梯進入地下通道。

1.2.7稱重裝置

每套綜合落成系統(tǒng)有8個稱重單元，對應一節(jié)車輛的8個車輪，稱重數(shù)據(jù)采集及處理集成于控制系統(tǒng)內(nèi)，稱重誤差不大于±0.5%。落車作業(yè)后，輪對落在采用輪緣稱重方式的稱重軌上，每個車輪承載的重力經(jīng)過傳感器進入PLC系統(tǒng)，并計算輪重、軸重、整車重以及輪重差、軸重差、總重差等數(shù)據(jù)，為車輛調簧提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.3 人機交互研究

綜合落成系統(tǒng)的主控制臺配置彩色觸摸屏，具有架車狀態(tài)顯示、控制模式選擇、車體舉升高度顯示、轉向架舉升高度顯示、平臺狀態(tài)顯示、稱重數(shù)據(jù)顯示等多項人機交互功能，方便操作人員確認作業(yè)狀態(tài)。

每臺設備另配2臺平板電腦，平板電腦與主控制臺實時通訊互連，供作業(yè)人員隨時查看數(shù)據(jù)，靈活便捷。車輛落成作業(yè)時，于主控制臺及平板電腦處可同步查看各位置軸信息；稱重作業(yè)時，單車稱重數(shù)據(jù)實時同步顯示，有效提高了工作效率。

2 關鍵部件強度評估

2.1 主機架結構強度評估

主機架為設備承載關鍵部件，采用碳素結構鋼Q235焊接而成，用地腳螺栓安裝固定于設備安裝基礎。設備工作時主要受力工況有以下3種：車體舉升工況、轉向架舉升工況、稱重試驗工況。稱重試驗工況時車輛自重與配重等外力均同時作用于主機架上，為最大受力工況，Q235屈服極限為235 MPa，在運營工況下考慮焊縫區(qū)取安全系數(shù)1.6，則許用應力取142 MPa。本文利用有限元方法對主機架靜強度進行評估，計算結果如圖6所示，主機架上最大von Mises應力為38.3 MPa，小于材料許用應力，主機架靜強度滿足要求。

圖6 主機架最大應力工況應力云圖

2.2 平臺結構強度評估

沒有作業(yè)任務時，升降平臺升起并通過氣動插銷鎖定，伸縮平臺活動蓋板伸出，覆蓋測量作業(yè)進出通道口，所有舉升柱縮回，此時系統(tǒng)設備上表面與庫內(nèi)地面平齊?？紤]庫內(nèi)其他作業(yè)需求，設備平臺需滿足3 t叉車滿載通過[5]。

叉車自重約為4.3 t，滿載質量即7.3 t，叉車前輪中心距為1 000 mm，輪胎寬230 mm，后輪中心距為970 mm，輪胎寬165 mm，前后軸距為1 760 mm。

兩側升降平臺完全承載叉車時，強度計算結果如圖7所示，最大von Mises應力為70.1 MPa。

圖7 兩側升降平臺承載叉車工況應力云圖

中間升降平臺寬度為980 mm，而3 t叉車前軸兩輪胎外側間距為1 230 mm，中間升降平臺不會完全承載整輛叉車的載荷，按叉車一側位于平臺中心位置(平臺受力最危險位置)考慮，計算結果如圖8所示，最大von Mises應力為108.6 MPa。

圖8 中間升降平臺承載叉車工況應力云圖

綜上所述，兩側平臺及中間平臺叉車通過工況下最大von Mises應力均未超出Q235鋼許用應力，靜強度滿足要求。

3 系統(tǒng)應用分析

3.1 車輛落成

車輛單節(jié)車體利用工藝轉向架承載和驅動進入工位，車體舉升單元沿導向軌移動后從地面升起，伸出支撐托頭，在指定架車點承載車體。作業(yè)人員拆解工藝轉向架和車體之間的聯(lián)接，將工藝轉向架移出工位；車輛轉向架進入工位，車輪踏面到達轉向架舉升裝置頂端，由轉向架舉升單元將其送達所需高度[6]，如圖9所示。隨后作業(yè)人員微調轉向架位置，使其與車體能準確聯(lián)接，所有部件單元聯(lián)接完成后，支撐托頭縮回到原始位置，轉向架舉升裝置將轉向架連帶車體整體落下，即車輛落成。

圖9 車輛落成架車狀態(tài)

3.2 車輛稱重

稱重系統(tǒng)采用輪緣稱重的方式[7]，稱重軌布置在主機架上，落成作業(yè)后，車輛沿轉向架舉升梁進入稱重工位，并到達稱重軌位置。轉向架舉升梁下降使車輪輪緣與稱重軌接觸，隨后舉升梁繼續(xù)下降直至與踏面分離，此時車輛重力完全落在稱重軌上，通過稱重傳感器即可采集稱重數(shù)據(jù)，如圖10所示。完成車輛的輪重測量、軸重測量后通過軟件系統(tǒng)可計算得出輪重差、軸重差，為車輛調整提供數(shù)據(jù)指導。

1—轉向架舉升梁；2—稱重軌；3—稱重傳感器

3.3 尺寸測量

尺寸測量作業(yè)采用人工手持工具進行測量的方式。落成作業(yè)完成后，設備兩側蓋板下降至距離檢修庫地面900 mm處，中間蓋板下降至距離檢修庫地面1 700 mm處，伸縮平臺蓋板縮回。系統(tǒng)模擬軌道橋與檢查坑的作業(yè)環(huán)境，為作業(yè)人員提供作業(yè)空間和測量基準，如圖11所示。利用中間平臺的升降功能，在尺寸測量尤其是測量車體與轉向架零部件的間距時，可在采取安全措施的前提下升起平臺，避免作業(yè)時攀爬軌道帶來的跌落風險。工作人員在進行車鉤高度調整測量時采用全地面作業(yè)的方式，升降平臺升至與地面平齊，避免了人員在軌道橋上的跌落風險。

圖11 尺寸測量作業(yè)示意圖

4 結束語

本文設計了一種集車輛落成、稱重調整、尺寸測量多種工藝于一體的動車組綜合落成系統(tǒng)，可實現(xiàn)在同一工位完成3項動車組高級修工藝。集成化的動車組綜合落成系統(tǒng)避免了工位間的流轉，同時也省去因移動帶來的重復定位時間，避免了因多次裝夾帶來的誤差，簡化了工藝流程，極大地提高了檢修效率，并有效減小庫房用地面積。系統(tǒng)設備結構設計合理、作業(yè)安全性強、人機交互友善，各部件滿足運用要求。

目前，系統(tǒng)設備已投入西安動車段高級修庫實際運用。本文的研究成果還可為今后動車組、機車車輛及城市軌道交通車輛等新型檢修設備的設計提供參考。