鐵路貨車底架翻轉機的設計與應用

沈 軍

（中鐵物總資源科技有限公司，合肥 230601）

隨著鐵路的高速發(fā)展，具有相當規(guī)模的鐵路貨車進入報廢期。有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，全路每年有超過21 000輛貨車需要報廢處置。報廢的鐵路貨車通常經過拆解處置，按照分級分類再利用原則對不同零部件進行修復處理，其中不能繼續(xù)使用的按照廢鋼銷售[1]。在廢舊貨車拆解生產線中，底架翻轉是關鍵工序之一。鐵路貨車底架結構具有特殊性，上部是平板結構，支撐貨車車廂，下部是型鋼結構并和轉向架配合。從上部拆解底架工藝實現(xiàn)較困難，需將其翻轉180°進行拆解。

過去在戶外拆解場地進行鐵路貨車拆解時，底架常常通過吊車吊裝并人工輔助翻轉，效率低下，安全隱患較大，在工廠化生產中不宜采用。鐵路貨車底架翻轉機是針對鐵路貨車拆解設計制造的，翻轉效率高，安全系數(shù)高，并能實現(xiàn)工廠自動化生產，在現(xiàn)場應用中取得了良好的使用效果。

1 鐵路貨車底架翻轉工藝設計

為了更好地實現(xiàn)鐵路貨車底架翻轉180°要求，便于后續(xù)底架的切割拆解，將其翻轉工藝過程設計如下。

（1）底架定位。有軌制導車輛（Rail Guided Vehicle，RGV）底架從主線經過換軌進入翻轉工位，利用光電傳感器進行定位，如圖1所示。

（2）底架裝夾。底架定位完成后，RGV軌道車的提升機構將底架提升到一定高度。如圖2所示，翻轉機包含兩部分，分別為翻轉機L和翻轉機R，且兩者同步作業(yè)。翻轉機L從原點位L0沿導軌縱向平移到工作位L1，翻轉機R從原點位R0沿導軌縱向平移到工作位R1，下夾緊機構將底架提升到適當高度，上夾緊機構和下夾緊機構配合夾緊底架；RGV軌道車提升機構復位，從翻轉工位退出，并移動到下一工位，輸送用于輔助底架切割的托盤。

圖1 底架定位

圖2 底架裝夾

（3）底架翻轉。翻轉機L和翻轉機R同步翻轉，將底架翻轉180°。RGV軌道車輸送底架托盤到翻轉工位，并完成定位，將托盤提升到一定高度。下夾緊機構松開，上夾緊機構緩緩下降，將底架放置于托盤上；翻轉機L從工作位L1沿導軌縱向復位到原點位L0，翻轉機R從工作位R1沿導軌縱向復位到原點位R0，然后翻轉機L和翻轉機R全部復位，如圖3所示[2]。

圖3 底架翻轉

（4）底架輸送。RGV軌道車載運底架和托盤從翻轉工位經過換軌進入底架切割工位，進行鐵路貨車底架的切割拆解，如圖4所示。

圖4 底架輸送

2 翻轉機的結構組成及設計要求

綜合考慮中鐵物總資源科技有限公司鐵路貨車拆解的車型以及底架的重量、規(guī)格尺寸等信息，設計翻轉機主要技術指標。根據(jù)鐵路貨車底架翻轉工藝方案，翻轉機主要由機械本體、液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)3大部分組成[3]。RGV軌道車單獨定制采購，并配合翻轉機使用。

2.1 主要技術指標

鐵路貨車底架翻轉機主要技術指標如表1所示。

2.2 機械本體

翻轉的對象為鐵路貨車底架，長度約14 000 mm，寬度約3 250 mm，翻轉所需要空間較大。整個底架翻轉采用RGV軌道車配合翻轉機作業(yè)的方案。RGV軌道車用于底架的輸送及輔助底架的提升。由于底架長度和寬度尺寸均較大，翻轉機設計尺寸相應增大。考慮翻轉工藝的可行性、底架翻轉的安全性以及設備維護的方便性，此翻轉機由左右兩部分翻轉設備組合完成[4]。左右兩部分翻轉設備安裝于地坑，如圖5所示。在廠房建造施工過程中，地坑預先安裝預埋鋼板，地坑深度為1.7 m，長寬均為6 m。

圖5 翻轉機總成示意圖

左右兩部分翻轉設備的機械本體包括翻轉機構（如圖6所示）、夾緊升降機構、驅動組件、平移機構（如圖7所示）及底座等。

翻轉機構由回轉齒圈、回轉滾輪組件等組成。回轉齒圈由齒條、滾輪軌道及鋼結構組成。齒條、滾輪軌道及滾輪采用Cr-Ni-Mo低碳合金鋼，經滲碳、淬火及低溫回火工藝制作而成。鋼結構采用Q345b，經過下料、焊接等工藝制作而成。

夾緊升降機構由上夾緊臂組件、下夾緊臂組件及夾緊油缸等組成。上下夾緊臂組件安裝在回轉齒圈的鋼結構上。夾緊油缸既有夾緊底架的功能，又有將底架提升和下降一定行程的功能。底架的提升和下降主要由RGV軌道車配合夾緊機構的油缸完成。

驅動組件包括翻轉驅動組件和平移驅動組件，采用電機驅動方式。翻轉電機通過動力齒輪組連接回轉齒圈。平移電機通過動力齒輪組連接平移機構齒條。

圖6 翻轉設備結構示意圖

圖7 平移機構結構示意圖

平移機構由平移滑臺、直線導軌及齒條等組成。平移機構上安裝位置傳感器，可以根據(jù)翻轉不同車型底架調整平移行程。平移滑臺的制造要保證上下安裝面的平行度和平面度。翻轉機構底部設置防側翻滾輪架。防側翻滾輪架、回轉滾輪組件以及驅動組件均安裝在平移滑臺上。防側翻滾輪架和回轉滾輪組件起主要支撐和輔助翻轉作用。防側翻滾輪架和回轉滾輪的基座結構件均采用Q345b鋼板制作而成，以保證結構的強度。

底座由方鋼、鋼板等焊接而成，安裝在設備地坑預埋鋼板上。

2.3 液壓控制系統(tǒng)

此翻轉機液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、控制閥、液壓油缸及液壓附件等部分組成，主要應用于夾緊升降機構[5]。夾緊升降機構的夾緊油缸配置同步閥和液壓鎖，保證了油缸運行的同步性和穩(wěn)定性，可有效防止翻轉機系統(tǒng)突發(fā)故障時液壓油缸急速下落情況的出現(xiàn)，提高了設備的安全性。

2.4 電氣控制系統(tǒng)

此翻轉機的電氣控制系統(tǒng)采用西門子等品牌的元器件，內部具備互鎖功能。只有當RGV軌道車載運底架完全到位并提升到一定高度后，翻轉機才進行底架提升、夾緊等動作。夾緊完全后進行翻轉動作，有效防止系統(tǒng)誤操作，消除安全隱患。電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)不同鐵路貨車車型底架的變距夾持和自動翻轉。夾緊升降機構、平移機構和翻轉機構在工作時可以在任意位置鎖定，便于技術人員或維修人員開展檢查或維修作業(yè)。翻轉機外圍設置安全護欄和安全光柵，可以保障底架翻轉周圍環(huán)境的安全，提高設備的安全性和可靠性。

3 應用現(xiàn)場

現(xiàn)已制造使用鐵路貨車底架翻轉機1臺，在中鐵物總資源科技有限公司生產基地廢舊貨車拆解生產線投入使用，用于底架翻轉，如圖8所示。目前，鐵路貨車底架翻轉機已投入使用半年，完成了多臺鐵路貨車底架的翻轉工作，使用效果良好，安全性較高，提高了底架翻轉和切割的效率，實現(xiàn)了底架自動化翻轉，提高了廢舊貨車拆解生產線的自動化率。

圖8 翻轉機正在翻轉鐵路貨車底架

4 結語

鐵路貨車底架翻轉機的應用解決了底架翻轉效率低下的問題，同時為后續(xù)底架切割提供了工藝便利性，突破了鐵路貨車自動化拆解的重要瓶頸，對公司鐵路廢舊貨車拆解業(yè)務實施具有重要的促進意義。

該翻轉機具有以下特點：

（1）通過外部合作科研院校的力學計算和有限元分析，翻轉機的本體結構總體結構設計合理，性能安全可靠；

（2）翻轉機可適用于不同類型鐵路貨車底架的翻轉，適用性較強，便于工廠多車型生產；

（3）翻轉機液壓系統(tǒng)油缸運行同步，電氣系統(tǒng)具有互鎖功能，提高了設備的安全性和可靠性。

現(xiàn)場應用表明，該鐵路貨車底架翻轉機設計合理可靠，可以滿足鐵路貨車拆解時底架翻轉180°的要求。