軸承退卸智能分揀系統研究

徐建軍

（中國鐵路青藏集團有限公司，西寧 810006）

1 既有現場情況

目前，車輛段輪對段修車間中，在軸承退卸工位的檢修工人工作量最為繁重，其工作內容為：首先，需要人工推動輪對進行軸承退卸的上下料工作；其次，需要工人手動分開在軸承退卸區域退卸下來的后擋與軸承，并由人工將軸承及分離的后擋搬運到通道一側的軸承轉運小車上；最后，將退卸軸承分別按照一般修、大修、報廢等情況分類擺放，并在小車裝滿軸承后將其運輸到不同的軸承存放區，再由人工將軸承從小車上卸下碼放。目前，段修退卸軸承檢修量為：一天最少退卸100條輪對，按照每套軸承的質量在40 kg計算，工人一天需要搬運8 t的軸承，工人勞動強度大，且人工搬運分揀軸承的過程中容易出現工傷事故。

2 目前現場存在的問題

（1）輪對在設備間的滾動全部由人工推動完成，工作時需要配備專人推輪。

（2）軸承退卸過程需要退卸機操作人員人工推動輪對上料。

（3）退卸軸承的前蓋、后擋需要人工拆卸，并由人工將前蓋、后擋搬運到配件轉運小車上。

（4）退卸的軸承需人工下料，并臨時在退卸機附近堆放，容易造成軸承退卸機操作區混亂。

（5）軸承轉運小車到達現場后，由人工搬運到軸承轉運小車上并分類碼放，人工搬運軸承勞動強度過大。

（6）退卸完成的輪對需人工推動下料，并推動輪對滾動到輪對清洗上料工位。

（7）現場操作混亂，容易出現操作人員的擠傷、磕碰傷等情況。

（8）人工推動輪對以及搬運堆碼軸承費時費力、大幅增加了輪對的檢修工作節拍，從而影響檢修效率。

（9）退卸軸承較重，人工拆卸后擋需要翻轉軸承以及搬運堆碼軸承等工作，工人勞動強度大，且安全隱患多。

3 軸承退卸智能分揀系統結構布局設計

根據以上現場情況分析以及目前自動化檢修流水線設計的工藝原則，完成段修輪對檢修過程中的輪對、退卸軸承及后擋等工件的檢修工藝，并捋順其輸送與存儲方式，能夠實現輪對軸承退卸區域的智能化、自動化、無人化目標，項目實施后具體布局如圖1所示。

3.1 軸承退卸智能分揀系統中檢修輪對的輸送方式

結合以上軸承退卸智能分揀系統的結構布局以及現場設備的布置情況，本次輪對的輸送將采用輪對地面線方式輸送。該輸送線采用地面式結構，設備整體位于軌面以下，且設備采用步進式結構，可以將輪對沿輸送線上料端連續輸送到輸送線的下料端[1-2]。推輪機構采用單方壓縮彈簧式擋臂結構，每相鄰兩個擋臂間可以存放一條輪對，擋臂采用單方向推動輪對內側輪緣位置，使輪對沿軌道滾動，并且其內部采用壓縮彈簧結構，確保每次只能推動一個輪對。當輪對到達檢測設備上料工位時，輪對停止運動，擋臂彈簧受力壓縮越過輪對下側輪緣，由循環線下部返回繼續推動后續輪對向前滾動排序[3]。輪對地面輸送線承接輪對收入測量機推出的輪對，并自動將輪對推送到軸承退卸機上料工位區，軸承退卸完成后，再將輪對輸送到輪對清洗機上料工位。具體工藝布局見圖2。

3.2 軸承的退卸

本次設計的軸承退卸機兼容RD2、RE2、RF型輪對的軸承退卸功能，同時退卸機硬件部分將增加輪對軸身測量裝置，通過測量輪對軸身直徑自動確定退卸輪對型號，并根據輪對型號與系統中退卸輪對數據進行復核，從而確保設備所有退卸動作將全部根據檢測及系統比對后的數據運行，其結構如圖3所示。

軸承退卸機與軸承及后擋下料機械臂能夠實現無縫對接，最終退卸后的軸承、后擋以及輪對能夠自動下料，并根據軸承退卸數據完成自動分揀[4-5]。

3.3 軸承自動下料機械臂

為了保證軸承退卸機工作節拍滿足生產需求，同時保證軸承下料工作不影響兩條生產線同步生產，本次設計的軸承下料臂為背靠背結構的雙側軸承自動下料機械臂，即每側機械臂負責一臺軸承退卸機的退卸后軸承下料工作。雙側軸承自動下料機械臂主要由立柱、機械臂走行橫梁、軸承下料機械臂、軸承下料工裝等組成。

3.4 軸承緩存翻轉架

軸承與后擋下料機械臂從退卸機提取軸承及后擋并將其放置在軸承緩存翻轉架上。緩存架將軸承和后擋夾緊后翻轉90°，后擋旋轉向上，如圖4所示。后擋側的夾緊裝置松開，從而實現軸承分揀機器人自動分揀軸承與后擋。

3.5 軸承智能分揀機器人

如圖5所示，軸承智能分揀機器人為六軸機械臂結構，該機器人安裝有后擋搬運夾具用來將后擋與軸承分離。分類碼垛過程中，按照軸承類別將軸承放入對應托盤中，后擋統一放到后擋托盤中。軸承智能分揀機器人重復循環此動作，直到完成所有軸承的碼垛工作。

4 軸承退卸智能分揀系統控制系統結構設計

本次軸承退卸智能分揀系統的電控系統設置一臺計算機作為軸承退卸區域總控系統，總控系統通過車間網絡與其前端輪對收入、分解機聯網，從而實現軸承退卸區檢修數據自動流轉，并與車間MES系統聯動。系統的設備控制采用PLC加觸摸屏結構，設備在輪對、軸承、后擋、軸承托盤的接口及管件部位均設置有檢測傳感器，能夠確保工件在每一個檢修環節可控，從而實現軸承退卸區域內的閉環控制以及軸承退卸與輪對分解的聯動控制。

5 結語

軸承退卸智能分揀系統結合大數據、智能化等先進技術，實現了以人為本的工作模式，對構建智能化檢修車間進行初步探索。系統實現了有人值守、無人操作的現代化檢修模式，在鐵路貨車輪對檢修過程中實現了檢修人員遠程監控、檢修數據自動流轉、檢修輪對自動傳輸、軸承退卸自動完成、退卸軸承自動下料、退卸下料軸承自動分揀以及堆碼完成的軸承托盤自動調運到軸承存放區等功能，徹底省去了人工推輪、搬運軸承等重體力勞動環節，保證了檢修設備操控人員能夠遠程專注操作檢修設備，有效提高了輪對檢修效率與質量，從而確保行車安全。