無人值守技術在鐵路車輛輪軸檢修中的應用與研究

李 偉，祁書慧

(中國鐵路西安局集團有限公司 西安東車輛段，陜西 西安 710608)

隨著我國工業和信息化水平的高速發展，人工智能、5G、工業機器人等已然成為當前時代發展的趨勢。工業機器人、無人值守技術的日趨成熟與發展將對鐵路車輛輪軸檢修行業乃至整個鐵路行業產生歷史性的推動作用。

1 鐵路車輛輪軸檢修存在的問題

(1) 鐵路車輛輪軸檢修多數環節主要是依靠設備完成，而設備均是依靠人員操作控制，需要的操作人員較多，檢修的質量、安全、效率受人為因素及偶然因素影響較大，生產效率相對較低。

(2) 檢修線上車輪的傳遞主要依靠人力推動，效率較低且人工勞動強度大，存在人身安全隱患。

(3) 車軸進行除銹和探傷時，未能實現自動記錄、自動判別裂紋及報警等功能。

(4) 輪對生產組裝效率低，而影響輪對生產組裝效率的重要環節是輪對選配。車軸加工過程中，車軸的輪座數據傳遞給立式機床后，車輪加工崗位才能進行車輪輪轂孔加工。車輪加工后傳遞到輪對預組裝工序的長度有限，因此對車輪加工機床的工作時間存在制約。

(5) 軸承壓裝受人為因素及偶然因素影響較大，輪對推送及噴漆工序存在人工勞動強度大、污染環境的弊端。

(6) 缺乏設備檢修自動診斷系統。現在很多站段設備管理系統相對落后,無法實時監控設備各部狀態、工作參數，無法及時反饋和分析設備受環境、溫度、操作、維修等因素影響下的數據，因此無法得出準確的閉環數據反饋，不能防患于未然。多數企業設備檢修主要是依靠操作人員檢修經驗。

2 鐵路車輛輪軸檢修優化解決方案

針對目前鐵路車輛輪軸檢修現狀，在實際工作中采用無人值守智能控制技術，能有效提高輪軸檢修效率，減少設備操作人員數量，提升企業生產管理及經濟效益。

2.1 輪對分解機無人值守改造

以西安東車輛段現有的輪對分解機為例說明。目前輪對分解后可自動將分解下來的車輪用機械手堆垛到車輪存放輸送線上，分解后的車軸傳遞到車軸輸送線上，可在現有基礎上對分解機進行優化，實現輪對分解全過程無人值守。

(1) 增設輪對自動上料機構。目前上料為人工推輪上料方式，在輪對分解機前的地面軌道上增設輪對液壓步進輸送線，輸送線的長度保證一次推動10～20條輪對。當輪對推入步進輸送線后，由步進輸送線自動輸送至輪對分解機的輪對取送小車上料位置。為保證輪對在步進輸送線軌道上滾動前進的準確性，可在輪對軌道的輪緣槽中填塞海綿橡膠，增加輪對阻力，確保輪對停止位置準確。

(2) 增設AGV小車。在輪對分解機前的地面軌道中間增加液壓步進輸送線后，增設輪對取送AGV小車。AGV小車采用伺服電機控制，高度小于300 mm，可自動識別輪對車軸位置，并將車軸拖至輪對分解機液壓步進輸送線位置，再由步進輸送線為輪對分解機上料。該技術目前已經在某些車輛段成功使用。

2.2 車軸除銹、探傷工位無人值守改造

車軸除銹及傳遞現已實現無人值守自動聯控模式，應在車軸磁粉探傷位置增設無人值守自動探傷功能，通過對既有車軸探傷機改造，增設高清攝像頭和升級控制系統等,使其具有車軸自動探傷、自動識別裂紋、自動記錄數據、裂紋自動報警、自動上下料等功能，從而實現車軸自動探傷無人值守[1]。

2.3 車軸加工無人值守優化方案

(1) 目前西安東車輛段車軸加工車床已具備無人值守加工功能，可進一步優化改進，提高效率。數控車軸機床上下料機械手是給機床的托架上下料，通過人工調節托架高度，尾座自動夾緊，完成不同軸型的加工。可優化改造為給機床頂尖上下料，將目前手動托架改造為自動調節液壓托架，不同型號的車軸自動調整中心高度，自動對刀，自動加工，自動測量數據。

(2) 增設中央控制系統。實現機床上下料機械手與各機床、各機床相互之間聯網即時通信、數據共享、統籌協調。在生產線側設中央控制室，室內工作臺上設3個屏幕，分別為錄像監控屏幕、HOST監控屏幕、MES監控屏幕。(1) 錄像監控屏幕。在生產線所有關鍵位置都設監控攝像頭，全部集中在一個大屏幕顯示出來，監控人員通過監控所有細節及時發現問題。(2) HOST監控屏幕。將各機床的PLC聯網到中央控制室屏幕上，用平面布置圖、立體圖、動漫等方式將機床及上下料機械手的狀態在屏幕上顯示出來。在每臺設備圖標邊上通過不同顏色將設備狀態顯示出來，設備所有問題通過下拉菜單的形式顯示，將相關信息傳遞至機床操作者、維修人員、車間管理者的手持機上。機床操作者只負責首件檢測、換刀等基本工作，一人可負責多臺機床。(3) MES監控屏幕。生產線上的各手持機產生的各種信息、生產計劃等全部集中到MES監控屏幕上，自動統計的報表自動上傳給各手持機，可自動生成調度生產計劃[2],也可通過各設備關鍵部位加裝數據反饋線，將各設備各部參數實時監測反饋，通過中央控制系統統計分析，形成設備檢修統計報表，自動生成檢修計劃，為設備檢修提供科學準確依據。

2.4 車軸、車輪自動選配方式優化

輪對選配是影響輪對生產組裝效率的重要環節。將目前基軸制加工方式優化為公差制。目前的車軸加工過程中，車軸的輪座數據傳遞給立式機床后，才能進行車輪輪轂孔加工，存在車軸、車輪相互等待問題，而車輪加工后傳遞到輪對預組裝工序的輸送線長度有限，也限制了立式機床的工作時間。因此，可利用西安東車輛段既有的車輪立體庫實現車軸等級加工，即舊車軸按照4個等級，每級嚴格控制公差。立式機床只管按照生產計劃加工車輪即可，全天工作，不需考慮順序和選配，加工后的車輪全部存入立體庫。輪對預組裝時從立體庫直接選配即可，實現了立體庫自動選配，可在現有基礎上將立式機床的整體效率提高約30%。

2.5 軸承壓裝無人值守改造

采用輪對橫移輸送線、輪對輸送AGV技術，實現輪對從同溫存放區到輪對軸頸自動測量機的自動輸送以及軸頸自動測量機到輪對軸承壓裝工位的自動輸送；采用由伺服驅動裝置、控制系統等組成的六軸工業機器人[3]，實現軸承從軸承立體庫到軸承壓裝位置的自動傳遞及自動上下料，同時對軸承壓裝機進行優化改造，與中央控制系統、六軸工業機器人聯網，實現軸承自動壓裝。軸承自動壓裝技術已經在國外實現，在國內正在逐步推廣。

2.6 軸端螺栓緊固

軸端前蓋的安裝及螺栓緊固采用六軸工業機械人，并將軸端智能扳機與中央控制系統、六軸工業機器人聯網，實現軸端螺栓自動緊固。軸端螺栓緊固后輪對輸送采用AGV小車，將車輪準確傳遞至下一工位。

2.7 軸承磨合

軸承磨合實現無人值守需更換新型自動輪對磨合設備，目前已有成熟設備，該設備具備輪對自動上下料、自動磨合、試驗數據自動記錄等。

2.8 輪對噴漆

輪對噴漆目前為人工噴漆方式，存在人工勞動強度大、污染環境等弊端。增設新型節能環保自動噴漆設備，改進后車輪噴漆采用封閉式結構，采用六軸工業機械人進行自動噴漆。

3 結束語

綜上所述，對鐵路車輛輪軸檢修工藝線進行無人值守優化改造后，大大提升了檢修效率，減少了作業人員數量，同時保障了鐵路車輛輪軸檢修質量，降低了輪軸故障發生率，提升了鐵路企業的生產和運營管理水平，對鐵路運輸事業的長遠發展具有積極意義。