輪對智能排序輸送存儲線研究

羅玉勝 譚兆海 劉曉霞 劉楨榕 姚春剛

（1.中國鐵路蘭州局集團有限公司，蘭州 730000；2.齊齊哈爾四達鐵路設備有限責任公司，齊齊哈爾 161002）

研發鐵路貨車輪對智能輸送存儲線，實現輪對在各個檢修設備間的自動輸送、智能排序存儲以及流水線式聯網作業，能夠徹底解決人工推輪勞動強度大的問題，從而保證檢修設備操控人員專注操作檢修設備，大幅提高輪對檢修質量。

1 概述

目前，各鐵路車輛段的檢修設備已經基本實現自動化流水線檢修作業模式，如轉向架、制動梁、制動閥、鉤緩等檢修流水線[1-2]。然而，作為鐵路貨車運行的關鍵部件，鐵路貨車輪對在段修輪軸檢修過程中一直沿用原有的檢修工藝，即在檢修線軌道上由工人推動向前滾動，經過各個跨軌通過式結構的工位級自動化檢修設備完成段修輪軸檢修。采用設備操作人員人工推動輪對的檢修方式會大幅增加檢修輔助時間，從而延長設備輪對檢修的工作節拍，嚴重制約各個檢修工位自動化設備的檢修效率，且大幅增加了檢修設備操作工人的勞動強度。同時，該方式在一定程度上也分散了檢修設備操作人員的精力，使得設備操作人員不能專注地監控檢修設備的檢修過程與檢測結果，特別是當設備出現異常故障時不能及時停機，從而造成設備損壞，影響輪對檢修質量，浪費人 力資源。

基于以上需求，保留現有段修輪軸檢修模式不變，通過在輪對軌道的內側增加一套輪對智能排序輸送存儲線，并將檢修線上的既有檢修設備與輪對智能排序輸送存儲線的控制系統連接，同時新增一套檢修線調度系統，從而解決了上述問題。通過綜合數據分析，實現了待檢修輪對的自動輸送、智能排序、自動存儲、檢修設備的自動上下料以及輪對的自動檢測流水線式作業，從而減少了操作人員數量，真正實現了有人值守、無人作業的段修輪軸檢修新模式。

2 既有段修輪軸檢修線模式

目前，車輛段段修輪對檢修設備均為自動化獨立控制的結構，并且每臺設備都需要配備專業操作人員，待檢修輪對由輪對收入端依次經過檢修設備工裝，各關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→輪對測量→軸承檢查→端蓋分解→輪對清洗→輪對磁粉探傷→輪對超聲波探傷→多通道超聲波探傷→車輪旋修→關蓋軸端扳機→軸承磨合→輪對測量→輪對油漆→輪對選配支出。

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→輪對測量→軸承檢查→端蓋分解→軸承退卸→輪對清洗→輪對磁粉探傷→輪對超聲波探傷→多通道超聲波探傷→車輪旋修→軸徑測量→軸承壓裝→關蓋軸端扳機→軸承磨合→輪對測量→輪對油漆→輪對選配支出。

2.3 非退卸軸承、非輪對旋修的檢修工藝

非退卸軸承、非輪對旋修的檢修工藝為：軸承外圈除銹→輪對測量→軸承檢查→端蓋分解→輪對清 洗→輪對磁粉探傷→輪對超聲波探傷→多通道超聲波探傷→關蓋軸端扳機→軸承磨合→輪對測量→輪對油漆→輪對選配支出。

2.4 輪軸段修輪對檢修存在的問題

根據以上檢修設備現狀與檢修工藝，段修輪對檢修存在如下問題：第一，每臺設備都需要配備相應的設備操作人員，如輪對測量機、軸承退卸設備、輪對清洗設備等；第二，相鄰兩臺檢修設備間都設置有輪對存放空間，且距離較遠的需要配備獨立工人用于將輪對由上一檢修設備下料區逐一推送到下一檢修設備上料區，然后由設備操作人員將輪對推送到本設備的檢修工位上，因此工人勞動強度大，同時設備上料需要操作人員推動輪對進入設備，從而導致操作人員的大部分工作時間浪費到檢修輪對的上料過程；第三，操作人員在設備運行時需要全程盯控輪對檢修過程，否則將出現設備停止運轉等待操作指令的現象，此時若有輪對需要滾動到該工位，操作者還要兼顧輪對上料排序工作，從而影響操作者對檢修過程的盯控，直接影響輪對的檢修質量；第四，設備運行數據需要人員手動錄入或者通過軟件操作從鐵路貨車技術管理信息系統（Hmanagement Information System，HMIS） 數據庫提取，而且HMIS上報數據也需要操作人員介入；第五，設備生產調度全部由人工協調，遇到特殊情況時處理困難，無法實現動態協調設備生產，檢修效率低。

3 輪對智能排序輸送存儲線要實現的目標

將既有輪軸段修獨立的自動化檢修設備連接在一起能夠實現檢修作業統一調度、檢修數據自動流轉、檢修輪對自動傳輸，從而減少生產線上檢修作業人員的數量。該方式能夠使既有輪對檢修作業的單機單人方式轉變成檢修工位由專業人員統一監控，同時輔助人員流動巡查的檢修方式，從而實現由人控轉變成機控，由人工單一協調變為檢修線統一調度，這樣既保證了輪對的檢修質量和檢修效率，又大幅減少了設備操作人員的數量，降低了檢修人員的勞動強度，進而實現輪對檢修智能化和檢修區域無人作業、有人值守的作業方式。

4 輪對智能排序輸送存儲線的機械結構設計

為保證輸送輪對順暢，同時減小設備占用空間，保留現有輪對輸送方式，本次設計的輪對智能排序輸送存儲線的機械部分將全部采用地下式結構，并且設備整體固定到一側鋼軌上，設備基礎邊緣距離軌邊緣為150 mm，安裝后的設備不會高出地面，不影響人員及運輸車輛的通過。

5 輪對輸送過程中可能遇到的幾種情況

目前，現有的輪軸檢修設備布局遵循的原則是根據輪對檢修設備的節拍合理設置兩臺相鄰設備間的距離，確保相鄰兩臺設備間能夠存放足夠的檢修輪對，從而保證檢修線工藝順暢。相鄰兩臺檢修設備間檢修輪對的輸送、排序、存放可能會出現如下3種情況：第一，下一檢修設備上料工位沒有輪對，上一檢修設備下料工位出輪或者連續出輪；第二，下一檢修設備上料工位存放一條或者多條輪對，上一檢修設備下料工位出輪或者連續出輪；第三，兩臺相鄰檢修設備間存滿檢修輪對。

6 推輪機構結構狀態設計

通過分析以上輪對輸送過程中的幾種情況，第二種情況在實際檢修過程中出現的概率最多，即在確保下一檢修設備上料工位待檢修輪對有序排隊的情況下，應該如何使輪對能夠快速由上一檢修設備的下料工位輸送到下一檢修設備的上料工位，從而減少下一檢修設備上料工位的排序輪對在后續輪對輸送過程中的相互沖撞，以及輸送機構對排序輪對的推力對下一檢修設備上料工位進輪阻擋的沖擊。本次設計的推輪機構綜合考慮推輪力矩的大小，確保在推動一條輪對前進的同時，能夠做到力矩最小化，從而實現當輪對遇到障礙停止滾動時能夠快速壓縮并越過該輪對，以防止推輪機構與輪對卡死或者輪對傾斜，同時實現人工推動輪對返回上一工位時減小輪對滾動的阻力。推輪機構正常推輪狀態如圖1所示，輪對到位后推輪機構快速壓縮狀態如圖2所示。

根據推輪機構運行中的幾種狀態和推輪機構使用的頻次，為了推輪機構日后維修的便利，本次設計的推輪機構將采用長壽命、模塊化的快速更換方式，即易損件充分實現卡扣式快速更換，從而減少因設備維修所帶來的誤工時間，提高輸送線的使用效率。

7 推輪機構阻尼缸壽命計算

推輪阻尼缸壽命參數為10萬次。按照兩個相鄰設備間可以存放8條輪對計算，末尾的阻尼缸壓縮次數為7+6+5+4+3+2+1=28次。阻尼缸壓縮最多的為輸送線末端的阻尼缸，按照一般車輛段檢修輪對為100條、每年工作時間為250天計算，阻尼缸每年的壓縮次數為28×12.5×250=87 500次。根據理論計算推輪阻尼缸壽命為1.2年。以上計算為最極端情況，根據目前段修輪軸檢修工藝，若下一檢修設備停止工作，則上一設備出輪后輸送線可以等待，然后根據上一設備檢修節拍設置推輪節拍，這樣就可以減少阻尼缸的壓縮次數，同時按照最優方式設置推輪節拍，即可使推輪阻尼缸壓縮次數將大幅降低。經實際測試，阻尼缸在反復壓縮試驗過程中可以達到11萬次而沒有出現問題。綜上所述，阻尼缸壽命至少能夠達到兩年以上。同時，該阻尼缸采用現有的標準空氣彈簧，價格便宜購買方便。

8 輪對智能排序輸送存儲線的設計

8.1 輪對智能排序輸送存儲線的電器控制結構設計

本次輪對智能排序輸送存儲線的控制系統采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）加觸摸屏結構，設備在輸送線輸入與輸出端設置有輪對檢測傳感器，用來檢測輸送線進出料輪對，同時輸送線將與前后兩端設備控制系統相連接，從而實現輪對輸送線與檢修設備的聯動控制[3]。

8.2 輪對智能排序輸送存儲線與前一工位出輪檢測設置

本次設計的輪對智能排序輸送存儲線控制系統將與其前端設備進行信號對接。當輸送存儲線前一工位設備完成檢測后，將出輪指令發送給輸送存儲線控制系統，輸送存儲線控制系統接收指令后，同步掃描輸送存儲線上料端激光對射檢測開關。當輸送存儲線上料端激光對射檢測開關檢測到輪對到達輸送存儲線上料端時，輸送存儲線會將前一工位輸出的輪對開始向下一工位上料端輸送，輸送存儲線控制系統同步記錄該輪對的運行軌跡，并在控制面板上動態顯示該輪對實際到達的位置。根據輪對存儲情況以及輪對輸送速度，動態地將目前線上輪對信息傳遞給下一檢修工位，從而實現檢修輪對的智能存儲與智能配送。

8.3 輪對智能排序輸送存儲線節拍設置

輪對智能排序輸送存儲線推輪驅動部分采用氣缸為動力源，輸送存儲線控制系統通過控制電磁閥切換風源管路，從而控制氣缸伸出縮回帶動推輪機構動作，推動輪對向前滾動[5]。因此，輸送存儲線可以動態地控制電磁閥開關動作，從而實現控制輸送存儲線的輸送節拍，使輸送存儲線輸送輪對的速度可以根據前后設備的運行狀態與運行節拍動態調整，進而實現輪對檢修線整體連續、智能、動態控制，減少輸送線前后檢修設備與輸送線自身空閑等待時間，真正實現檢修輪對自動輸送，檢修設備自動運轉，檢修操作人員動態監控。

9 結語

輪對智能排序輸送存儲線實現了鐵路貨車輪對的工位級檢修模式變成流水線式聯網作業，徹底解決了人工推輪勞動強度大的問題，保證了檢修設備操控人員能夠專注操作檢修設備，從而提高輪對檢修質量。輪對智能排序輸送存儲線實現了輪對的智能輸送、排序，使其具有智能存儲功能，而且能夠根據數據合理安排輪對存儲排序方案，從而實現檢修輪對的最優排序。其簡單的結構設計，長壽命的推輪裝置與易損件快換模式，降低了設備的維護成本與維護工作量，提高了鐵路貨車段修輪軸的檢修效率與質量，確保了行車安全。