城際車換裝輪對工藝優化設計

摘 要 本文通過對城際車輪對常用的換裝方法進行闡述和分析，提出其存在的不足，進而引進自動化系統優化換裝輪對作業方法，并結合有限元分析方法對其主體結構的校核計算，達到優化換裝工藝和提高作業效率。

關鍵詞 換裝 自動化系統 有限元計算

一、概述

城際車在投入運用后，隨著運行里程的增加，輪對車輪的磨耗達到規定限度后，需要對輪對進行更換。由于城際車轉向架的緊湊設計結構和換裝輪對的工藝要求，對于傳統的換裝輪對工藝存在作業效率不足和勞動強度大的情況。因此，對換裝工藝引進自動化設計理念，從而提高作業效率和降低勞動強度。

二、傳統的換裝方法

對于傳統的城際車輪對換裝作業方式，涉及到車輛解編、架抬車、轉向架輪對換裝、總裝落成和編組調試等作業工序。

1、車輛解編

在預定廠房里，對城際車進行受電弓的降弓作業，并對空氣彈簧進行排風和制動裝置緩解；對需要換裝輪對對應車輛與相鄰車輛連接車鉤、緩沖器和內風擋進行拆解，并將車輛轉移到換架抬車所在臺位。

2、架抬車

對車輛四個角上的抬車孔安裝過渡工裝，使用抬車機進行支撐。并對車體與轉向架之間的牽引裝置、扭桿裝置、高度調整裝置、減震系統、電器與管路連接緊固件或接頭進行拆卸。

通過抬車機將車體抬高，將轉向架從車體下側推出。

3、轉向架輪對換裝

將轉向架通過天車、軌道或轉盤轉移到換裝輪對區域，對轉向架進行拆解后，替換需換裝的輪對后，重新組裝轉向架。

4、總裝落成

將換裝輪對后的轉向架重新轉移到架抬車區域，對轉向架進行落成。

5、編組調試

重新對解編的車輛進行編組，連接相應的連接車鉤、緩沖器和內風擋。并對該列進行過拆解的電器、空氣管路重新進行相關性能試驗。

綜上所述，傳統的換裝輪對作業方法，存在以下不足：

（1）換裝多條輪對時，解編和編組占用的作業時間比重較大，且由于解編而增加相應的性能試驗內容也較多。

（2）作業方式煩瑣，作業效率較低，自動化程度低。

三、自動化換裝工藝優化設計

通過對傳統換裝作業方式進行分析，考慮在不解編的情況下，使用架車機支撐車體，進而落下轉向架并轉移出來換裝輪對。一方面簡化作業工序，縮減作業人員數量，減少換裝輪對整體作業時間；另一方面引進自動化控制系統，降低勞動強度，提高作業效率。

1、優化作業方式

通過對作業方式進行優化，減少作業工序，取消列車解編、重新編組和調試工序。優化后的作業工序，具體如下：

（1）轉向架拆解

對車輛四個角上的抬車孔安裝過渡工裝，使用抬車機進行支撐。對車體與轉向架之間的牽引裝置、扭桿裝置、高度調整裝置、減震系統、電器與管路連接緊固件或接頭進行拆卸。

通過轉向架下降和車體支撐，將轉向架下降到車體下側。

（2）轉向架轉移

將轉向架通過輸送軌道轉移到換裝輪對作業區域，并對輪對進行換裝。

（3）轉向架落成

將換裝輪對后的轉向架通過輸送軌道，重新轉移到架抬車區域，對轉向架進行落成。

2、自動化控制系統

城際車一般為8輛車編組，輪對換裝可采用整列通過式且單個轉向架換裝方式進行。要引入輪對換裝的自動化控制系統，需針對城際車的單車車體和轉向架技術參數，同時也能最大限度滿足其他車型技術參數。具體見表1。

自動化控制系統采用自動控制面板遠程操作方式，包括轉向架舉升裝置、車體舉升裝置、轉向架輸送裝置和控制系統等自動控制。作業內容涉及支撐托架對車體的支撐、轉向架在主輔軌道進行切換和轉移等工序。

（1）轉向架舉升裝置

轉向架舉升裝置直接相關的技術參數有轉向架固定軸距、車輛定距和相鄰兩輛車轉向架中心距。轉向架舉升裝置主要有支撐軌道、舉升絲桿和動力源。

（2）車體舉升裝置

與車體舉升裝置直接相關的技術參數主要有抬車點位置和抬車點具體尺寸。

車體舉升裝置主要包括舉升柱垂直升降功能、舉升單元整體縱向行走功能、舉升單元的空載橫向調整功能以及帶載橫向調整功能。縱向行走功能主要由縱向走行機構、走行驅動裝置以及位置判定系統等組成。

車體支撐裝置包括液壓站、支撐托架和立式龍門。輪對換裝采用城際車通過式且單個轉向架換裝方式進行，因此，僅需對單側車體進行支撐。車體上預置了架車孔，通過在該支撐孔上安裝過渡支撐工裝，由立式龍門上的支撐托架進行支撐。

（3）轉向架輸送裝置

轉向架輸送裝置包括傳動系統、升降系統和承接軌道等。承接軌道用于轉向架的支撐和停放，軌道采用標準鋼軌，支撐的重量滿足單車自重要求。在需換裝的轉向架停放在承接軌道后，通過升降系統和傳動系統整體轉移到平行整車一側的作業平臺區域。

（4）控制系統

控制系統包括對支撐裝置上托架的定位、液壓站的控制、傳動系統和升降系統的控制等?？刂婆_采用微機進行遠程控制操作，作業涉及到液壓站的啟動關閉；支撐托架的上下、左右和前后控制；主軌道升降、鎖緊控制；輔助軌道升降、平移和鎖緊控制。

四、計算及試驗驗證

自動化控制系統在轉向架換裝工藝設計中起著重要的作用。從結構可靠性設計、安全控制方面確保設備的絕對安全可靠以外，利用有限元分析方法對其主體結構進行了詳細的校核計算。結構靜力計算包括轉向架架車單元、車體架車單元和鋼結構等。根據計算結果，在應力和位移相對較大的位置布置測試應變片，并對結構的應力和位移進行測試，滿足各部位的承載要求。

五、自動化工藝設計的作用

通過引進自動化系統工藝設計，簡化作業內容，優化換裝工藝，降低作業人員數量，縮減作業時間。具體對比情況如下：

（1）簡化作業內容。省去了解編、重新編組和調試的作業時間，該部分的作業時間節省約20%。

（2）優化換裝工藝。采用輪對換裝的自動化操作系統，通過自動化遠程操作系統，涉及車體支撐自動定位、轉向架升降和運輸自動輸送等，達到智能化和便捷化。與傳統的人工作業、天車吊運和轉盤運轉輸送對比，作業時間節省70%。

（3）降低作業人員數量。通過優化作業工序和引入自動化控制系統，省略了解編、重新編組和調試作業人員，且從轉向架的轉運方面也減少了作業人員數量。總體較之前的人員數量減少40%。

六、結束語

隨著城際間列車需求數量的不斷增加，在有效的時間內對車輪磨耗到限的輪對進行更換顯得尤為關鍵。而通過對輪對換裝的優化工藝設計和引進自動化控制系統，為城際車的有效利用和成本耗費提供了保障。同時，該種作業方式，也可為其它系列車型的輪對換裝所使用，較大提高更換輪對的效率。

（作者單位：南車青島四方機車車輛股份有限公司）