鐵路貨車軸承智能存取選配系統設計

丁永亮

（中國鐵路哈爾濱局集團有限公司哈爾濱車輛段，黑龍江 哈爾濱150016）

目前鐵路行業的檢修設備技術水平相對落后，大多使用人工選配作業，很難快速確認軸承信息，倉庫經常出現軸承積壓，超過使用年限的問題。由于選配工作復雜，工作人員工作量大，導致工作效率低下，影響檢修工作的開展。因此研究智能存取選配系統的應用對于鐵路貨車檢修具有積極影響。

1 軸承智能存取選配系統的應用意義

鐵路車輛是保證鐵路運輸的主要設備，由于鐵路貨車長期運行在鐵道線上，保證車輛狀態良好對于運輸安全有著直接影響。鐵路設置列檢所、車輛修理工廠以及車輛段等多個設施，保證貨車運行良好。鐵路車輛段負責對車輛的修理工作，為提高檢修效率，要關注車輛段檢修設備的先進性[1]。軸承智能存取選配系統作為檢修車輛的先進設備，可有效提高軸承倉儲存取以及選配工作的效率，減輕工作人員勞動強度，進一步提高貨車檢修工作效率，維護鐵路貨車安全運行。

2 軸承智能存取選配系統的關鍵技術

2.1 立體倉庫技術

使用倉庫系統對倉庫進行自動化管理。立體倉庫技術占地面積較小，可解決存儲空間不足的問題。倉庫系統可提供自動查找空位、自動入庫的功能，能夠自動搜尋貨物，減輕人員勞動量，更提高工作效率，規避人為失誤。

2.2 數據庫技術

為了讓倉儲自動化得以實現，利用數據庫技術建立信息管理系統，主要負責對貨物進行管理，貨物信息包括編號、位置、入庫日期等數據，在數據庫中保存，可隨時篩選數據找到貨物信息[2]。自動化倉庫需要利用數據庫存儲數據，選配系統能夠篩選數據庫信息，找到需要的貨物，提高貨物篩選的效率。

2.3 工業控制技術

控制系統使用分布式控制，上級管理包括檔案服務器以及工作站，監控機使用了工業PC 機，PLC 作為堆垛機和分配車的主要控制器，負責前端控制。PLC 配置通訊模塊包括聯機通信功能。采取全自動方式運行，監控機能夠控制堆垛機和分配車。

3 鐵路貨車軸承智能存取選配系統的設計

3.1 總體設計

3.1.1 設備構成

鐵路貨車的軸承智能存取選配系統常應用于貨車檢修工作中，采集軸承信息，完成入庫出庫，選配軸承并輸送。通過系統設計可實現入庫前檢測軸承內徑，檢測密封座內徑。對新軸承和舊軸承入庫傳輸。存放軸承，依據軸徑信息選配，取出軸承出庫，傳送到壓裝工位。系統包括入庫檢測系統、輸送設備、存儲貨架、出庫輸送設備等構成。

3.1.2 電氣控制系統

電氣控制系統使用PLC 和工控機進行控制，提供手動控制、人工控制等方式。人員可利用開關對堆垛機以及貨架進行控制，并由人員安裝和調試，解決系統故障問題。自動控制需要在程序中輸入作業命令，堆垛機完成作業，并等待指令。聯合控制由計算機系統發出作業指令，由通訊電纜傳送至紅外通訊裝置，堆垛機的紅外通訊裝置接到命令后可一次性完成作業。

3.2 設備選型設計

3.2.1 堆垛機

系統選擇有軌巷道式的單立柱堆垛機，作為存取搬運設備，堆垛機是主要執行設備，決定了設備穩定性，能否存取軸承。該型號堆垛機具有結構緊湊、寬度小的特征。使用天地軌導向，地軌負責行走。使用行走電機驅動，堆垛機的運行速度可達60m/min，行走速度可分成高速區域、緩沖區域以及調整區域。升降電機可以用來進行堆垛機貨叉的升降控制，速度為0～24m/min。

3.2.2 軸承存儲架

存儲架可以根據現場情況以及存儲量進行設計，高度多選擇4m～8m 之內。使用型材結構，連接地面位置安裝底座，每列立柱擁有斜拉型材支撐，提高貨架的安全可靠性，具有良好的承載能力。貨架是倉儲系統存放貨物的支撐結構，儲存性能對于立體倉庫產生直接影響。根據批量生產的特性，考慮到降低成本，使用組合式貨架以便于根據空間結構調整。貨架使用鋼結構，保證貨架的強度和剛度。

3.2.3 天地軌

天地軌是堆垛機承載部件，要求天地軌具備良好的剛性，將天地軌固定在貨架和地面上，全長覆蓋至堆垛機行動范圍。兩端保持充足長度，結合面使用45°對接，對接位置存在一定高度差要求。

3.2.4 安全裝置

堆垛起重機要配置安全裝置，保護作業人員安全。在巷道兩端設置減速檢測裝置和緊急制停開關，堆垛機向巷道兩側行動時，先減速后停止，避免超程行走。正常情況下堆垛機和緩沖器并不接觸。如果發現電氣線路故障，出現超程行走，在巷道兩端設置緩沖器可吸收堆垛機沖力。立柱兩端設置減速檢測裝置和緊急開關，在立柱兩端接近位置升降載貨臺，先減慢速度然后停止，避免出現超程升降。

3.2.5 操作設備

使用機載控制柜對堆垛機進行控制，控制具有上位計算機通訊功能。地面出入口位置設置和堆垛機對應的急停按鈕，堆垛機發生異常時，可以立刻停止。操作時不允許堆垛機有人員進入，發生異常情況才允許人員進入堆垛機，手動操作。控制柜面板設置操作鍵、顯示燈等按鈕。可選擇手動操作或者自動操作。

3.2.6 輸送鏈

根據現場空間結構設置輸送鏈，輸送鏈和輸送設備相連接，將軸承直接輸送至倉庫。輸送過程中需要對內徑測量，停止測量升降臺可頂起軸承，讓軸承保持水平狀態。手動控制內徑，對軸承座進行測量。完成測量后。操作人員按下完畢按鈕。輸送鏈送入下降平臺，將軸承下降到入庫位置，堆垛機將軸承放入存儲架。出庫運輸鏈獲得出庫軸承后將軸承運輸到翻轉裝置，并滾落在小車上，由小車輸送軸承至壓裝工位。

3.3 實現方案

3.3.1 選配原則

對于軸承的選配主要根據壓裝過盈量的要求選擇，不同貨車輪軸徑有很大區別，不同輪對軸徑要想滿足過盈量需要，配對軸承內徑也有差異。要根據入庫保存的軸徑信息，按照優化過盈量要求選配，保證輪對壓裝過盈量滿足需要。軸承選配按照先進先出原則，按時間排序優先取出先放入的軸承，避免軸承長期存放被遺忘[3]。出入庫作業要遵守最短路徑原則，系統按照路徑遠近進行作業，從近至遠，提高選配速度。根據客戶需要選配軸承，提高選配有效性。

3.3.2 內徑測量

對軸徑測量使用接觸式測量原理，將測量頭插入被測位置，測量結果是截面平均內徑。如果要對截面圓度進行測量，只需要旋轉工件即可，旋轉工件時，測量儀差值也就是圓度值。測量選擇在和大端面保持15mm 距離的軸承內徑，可以升降測量頭，在升降桿標注測量位置，方便于定位測量截面。軸承內經測量臺常用于測量軸承內徑，在入庫輸送鏈上設置，將軸承放入輸送鏈后，可以自動進入測量工位，進行內徑測量。軸承保持水平狀態，操作人員輸入軸承編號對內徑測量頭進行控制，對軸承內徑進行測量。下降到位之后，人員電機確定按鈕，確定數據，顯示屏上可以顯示出測量結果。人員點擊發送按鈕，測量結果以及軸承編號被發送至服務器，提供給倉庫選配。

3.3.3 軸承翻轉機構

貨車軸承兩側密封座容易脫落，存儲軸承需要立放軸承，同時攜帶托盤。軸承壓裝時需要翻轉軸承，將軸承調整至水平壓裝方向，分離軸承和托盤。翻轉機構可以完成翻轉軸承的工作，也能調整軸承至壓裝狀態，能夠將軸承和托盤分離開，將軸承從出庫輸送線向運送小車上轉移。

3.3.4 壓裝工位控制

在控制臺上輸入壓裝輪對編號，將左右軸徑和實際位置是否一致發送給服務器，服務器通過輸入輪對編號查詢軸徑信息，提供給服務器選擇合適的軸承。輪對軸徑和左右位置對應，決定著壓裝工位順序，計算機能夠清楚提供輸送位置。

結論：綜上所述，在鐵路貨車車輛段使用軸承智能存取選配系統，可有效提高入庫存取、選配工作的效率，減少工作人員的勞動量。未來還需要深入研究智能存取選配系統和其他設備之間的聯合應用，不斷縮短入庫出庫的時間，進一步提高檢修工作效率。鐵路系統需要充分發揮出智能系統的優勢，完善鐵路系統倉儲功能設計，實現對軸承選配的信息化管理。