電力機車圓簧智能化檢測工藝研究

馬 超， 蘆長杰， 王麟平， 張友良

（1.國能鐵路裝備有限責任公司滄州分公司， 河北 滄州 061000；2.滄州中車株機軌道裝備服務有限公司， 河北 滄州 061000；3.北京新聯(lián)鐵集團股份有限公司， 北京 100044）

引言

圓簧廣泛應用于電力機車（例如HXD1 系列，SS4B 系列）車輛懸掛系統(tǒng)中，其性能是影響機車車輛運行穩(wěn)定性、安全性和曲線通過性的關鍵。機車圓簧的性能檢測項目包括圓簧幾何尺寸檢測、軸向力學性能檢測和傷損缺陷檢測。在試驗機和探傷機上進行各項性能測試時，傳統(tǒng)方法需要操作人員搬運、上下料，由于機車圓簧的高度、直徑、線徑較大，重量也較大，因此勞動強度大，而且檢測效率低，且存在一定的安全風險。而且由于采取的是單機測試，所有檢測設備均獨立運行，無法形成有效的作業(yè)流，數據無法統(tǒng)一存儲分析和處理，導致質量信息記錄繁瑣，質量追溯困難，檢測效率低下。并且，在檢測完成后，還需要人工根據檢測結果進行組裝選配，耗費人力，容易出現(xiàn)差錯。為解決上述問題，有必要進行圓簧的智能化檢測工藝研究。

1 圓簧檢測工藝流程

圓簧檢測包括圓簧無損檢測、圓簧壓力測試、圓簧螺距測試，以及測試完成后的圓簧組裝選配工序。其檢測工藝流程如圖1 所示。磁粉探傷用于判定圓簧是否有傷損；壓力試驗用于判斷圓簧在設定的承載壓力下的壓縮形變（主要是自然高和壓縮高）以及承載力和形變位移的實時關系；螺距（圓簧簧圈之間的間距）測量用于判斷圓簧在設定的承載壓力下形變是否均勻。當三項檢測均在合格判定范圍內，再根據圓簧的自然高和壓縮高數據進行組裝選配。選配完成后，圓簧檢測流程結束。

圖1 圓簧檢測工藝流程

2 電力機車圓簧智能化檢測工藝設計

傳統(tǒng)的圓簧檢測過程，主要采用各種專職的檢測、檢驗設備，由人工調度、管理和配合，以及后期的人工數據處理，綜合完成圓簧檢測流程，信息化程度低，效率低，也存在操作風險。新設計的智能化檢測工藝，主要引入輸送線、機械手[1]、自動化的探傷和壓力試驗設備、自動化的圓簧螺距測量設備，以及智能化的管理終端系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的設備和操作方式，其組成結構及邏輯拓撲如圖2 所示。

圖2 圓簧智能化檢測工藝組成及拓撲

2.1 智能管理終端

智能管理終端主要由計算機工作站、打印機設備組成。智能管理終端是圓簧檢測工藝的決策者，運行圓簧檢測管理軟件，通過網絡通信，對下位機的電氣控制設備進行全流程控制，以及與下位機進行數據交換。智能控制終端是本智能檢測工藝的核心組成部分，管理和調度著整個圓簧檢測的全流程，包括指令下發(fā)，流程管控，邏輯、綜合判定，數據分析，以及最終與車間信息化系統(tǒng)（例如LIMIS 系統(tǒng)）的數據接入。智能管理終端還肩負著圓簧標簽打印和圓簧選配任務。圓簧標簽打印是給每只被檢圓簧提供一個身份數據卡，上面標注著圓簧的檢測信息，也可以采用二維碼形式的信息載體；圓簧選配則是根據圓簧的檢測數據，按照同轉向架、同軸組裝的要求來進行圓簧配對，比如選配后要求同一組的圓簧（2 只或多只）自然高和壓縮高的高度差在幾毫米范圍內，智能管理終端根據設定的選配標準給出配對建議。

2.2 電氣控制設備

電氣控制設備主要由PLC、電機控制器、中間繼電器、觸摸屏等工業(yè)自動化部件組成。電氣控制設備是圓簧檢測工藝流程的管理執(zhí)行者，對上接受智能管理終端的管理指令，對下控制管理著輸送線、探傷機等功能設備。電氣控制按照智能管理終端的指令，分別驅動和控制圓簧輸送線、磁粉探傷設備、壓力試驗設備、螺距測量設備以及機械手執(zhí)行各種設定的功能和動作，并將各個設備的工作狀態(tài)、工作數據實時上傳到智能管理終端，以實現(xiàn)圓簧全流程的檢測。智能管理終端和電氣控制設備是本智能化檢測工藝的關鍵構成單元，直接全局控制著整個檢測工藝流水線的運轉。

2.3 機械手

機械手是一個六軸機器人，其末端安裝有氣動夾持工具和檢測傳感器。機械手是圓簧智能檢測工藝流程中的圓簧搬運調度者，替代傳統(tǒng)的人工搬運，相當于智能管理終端和電氣控制設備的觸角，其功能是接受電氣控制設備的管理指令，完成圓簧輸送線、探傷設備、壓力試驗設備及螺距測量設備間的圓簧搬運調度，即將圓簧從一個工位搬運到另一個工位。該設備功能完全替代傳統(tǒng)檢測工藝中的人工搬運，不僅提高了搬運效率，也降低了事故風險。

2.4 輸送線

輸送線主要由多段倍速鏈或板鏈等傳送裝置構成，安裝有電機、傳感器等自動化部件。輸送線是圓簧智能檢測工藝流程中的圓簧輸入口和輸出口，主要執(zhí)行的是圓簧上料和下料過程。車間調度將需要檢測的圓簧通過行車或叉車等搬運工具輸送到上料輸送線，由電氣控制設備在智能控制終端的指令下，驅動輸送線按工藝流程輸送圓簧到工作位或下料口，完成被檢圓簧的輸入和輸出。

2.5 磁粉探傷設備

磁粉探傷設備主要是指專用的圓簧磁粉探傷機。磁粉探傷設備安裝有專用的圓簧夾持機構、磁懸液噴灑、充磁退磁機構以及照明裝置，為避免污染，通常還設計有專門的磁粉探傷間。磁粉探傷設備是圓簧智能檢測工藝流程中的關鍵專業(yè)設備，其功能是接受來自電氣控制設備的指令，對圓簧進行無損檢測，用于判定圓簧是否有傷損，并返回檢測數據。

2.6 壓力試驗設備

壓力試驗設備主要是指專用的圓簧壓力試驗機，安裝有壓力加載裝置、壓力和位移測量裝置。壓力試驗設備是專業(yè)設備，其功能是接受來自電氣控制設備的指令，按照設定的加載和測量條件，對圓簧進行加載力測試，并實時記錄加載力與圓簧形變的關系，返回測量數據[2]。

2.7 螺距測量設備

螺距測量設備為智能圓簧檢測工藝中的新增研制的非標設備，主要功能為在電氣控制設備的控制下，測量圓簧在承載加載壓力并且發(fā)生壓力形變之后的多級螺距，用以判斷圓簧壓縮形變是否均勻。螺距測量設備設計有直線伺服滑臺以及激光位移傳感器。傳感器通過滑臺的線性移動側向掃描被檢圓簧，獲得實時的激光位移數據，從而形成一組水平位移（滑臺）和縱向位移（傳感器測量值）的二維曲線。通過數據分析即可得出圓簧螺距分布。

3 電力機車圓簧智能化檢測工藝特點

3.1 圓簧檢測流程全部自動化，無須人工干預

本工藝中，從圓簧輸入開始，直到最后檢測完成，系統(tǒng)再根據檢測數據給出選配建議然后輸出圓簧，全流程無需操作工干預，系統(tǒng)自動決策，自動搬運調度，自動進行各項測試。自動化的檢測流程極大提高了圓簧檢測效率，降低了操作人員勞動強度以及勞動風險，節(jié)省人力。

3.2 圓簧檢測數據全部電子化，無須人工記錄和處理

本工藝中，中控計算機系統(tǒng)全程管理和調度圓簧檢測過程。其檢測過程中生成的所有數據全部以數據庫的方式存儲在計算機硬盤或上傳至車間信息化系統(tǒng)中，便于歷史查詢和追溯。全程無需人工記錄數據，實現(xiàn)了全檢測流程的無紙化處理。

3.3 圓簧的選配過程實現(xiàn)了智能化，無須人工決策

本工藝中，中控計算機根據圓簧測量數據，按照設定的判定標準和選配原則，自動智能化判斷圓簧檢測結果，并根據結果作出圓簧下一步的去向；并且，檢測完成后，計算機系統(tǒng)按照設定標準對圓簧進行選配，給出選配建議。選配過程準確高效，替代了人工選配的復雜程度，也極大降低了選配出錯率。

4 結語

本智能化檢測工藝，引入了計算機管理系統(tǒng)，機械手轉運系統(tǒng)，并將傳統(tǒng)檢測工藝中的圓簧無損檢測和壓力試驗，通過電控和網絡系統(tǒng)進行一致性管理，并且創(chuàng)新性引入了自動化的圓簧螺距測量系統(tǒng)（配套壓力試驗設備使用），極大地提高檢測工藝的自動化程度、智能化程度及工作效率，降低了勞動強度和風險。本電力機車圓簧智能化檢測工藝實際設計后的三維圖如圖3 所示，目前已經得到了應用，現(xiàn)場反饋良好。

圖3 圓簧智能檢測工藝三維模型圖