鐵路貨車鉤緩裝置檢修設備自動化研究

謝 猛

（中鐵十五局集團軌道交通運營公司，河南 洛陽 471000）

1 概述

某鐵路貨車車輛段規模為3線18個段修臺位，每線6個臺位。既有鉤緩間設置于車輛段組合車庫內，與修車庫并列布置，房屋軸線尺寸為90m×15m，每日車鉤裝置的檢修量為58套。既有鉤緩檢修間工藝布局陳舊、配套工裝自動化程度不高、各型車鉤檢修兼容性不強、檢修效率低，不能滿足日益增加的生產任務需求，近年來，隨著新工藝、新工裝、新材料的不斷運用，鐵路貨車鉤緩裝置檢修工藝標準化設計有了新的內容。

2 主要檢修鉤緩裝置類型

目前我國現有鐵路貨車主要車鉤裝置類型包括13號車鉤、16號車鉤以及17號車鉤。各型車鉤鉤緩裝置主要由鉤頭（含鉤舌等）、緩沖器、鉤尾框、鉤尾銷、從板等零主要部件組成，借助鉤尾銷將車鉤和鉤尾框連成一體，并在鉤尾框內安裝有前叢板、緩沖器和后叢板。各型車鉤鉤緩裝置在機構組成、部件尺寸、材質等方面均有許多不同，如圖1～圖3所示。

圖1 17號鉤緩裝置三維模型示意圖

圖2 16號鉤緩裝置三維模型示意圖

圖3 13號鉤緩裝置三維模型示意圖

3 鉤緩裝置檢修工藝流程研究

根據鐵路貨車段修檢修規程，結合各型車鉤部件的組成，鉤緩裝置檢修是對車鉤鉤體、鉤尾框、緩沖器、鉤舌4個部分主要部件的檢修。某鐵路貨車車輛段每天的車鉤檢修量為58套，各部件分解后，零部件數量更大，需采用流水線檢修方式進行檢修。綜合考慮車鉤鉤體、鉤尾框、緩沖器、鉤舌4個主要部分組件的零部件尺寸、材料、形狀均不同，本次研究采用4條流水線分別進行檢修，提高檢修的自動化水平和效率，同時，確定了4條檢修流水線主要工藝流程如下。

3.1 車鉤檢修工藝流程

車鉤檢修工藝流程如圖4所示。

圖4 車鉤檢修工藝流程圖

13號鉤體與16、17號鉤體共用一條檢修工藝線，13號鉤體與16、17號鉤體通過單梁起重機吊至鉤體檢修流水線上，通過車鉤分解、鉤體檢測、鉤體磨耗焊修及鉤身磨耗板焊裝、鉤尾銷孔焊修、鉤耳孔加工及鑲套、鉤尾銷孔加工、車鉤組裝、車鉤三態試驗、檢修標記涂打等檢修作業后將16、17號鉤體用單梁起重機吊至16、17號良好鉤體存放架上，將13號鉤體用單梁起重機吊至13號鉤緩組裝機處與13號鉤尾框及緩沖器進行組裝。

3.2 鉤尾框檢修工藝線

鉤尾框檢修工藝流程如圖5所示。

圖5 鉤尾框檢修工藝流程圖

分解后的鉤尾框通過地下輸送線運至鉤尾框縱向輸送線出，通過鉤尾框過線裝置將其吊至鉤尾框縱向輸送線上，當鉤尾框縱向輸送線將鉤尾框輸送至拋丸機處時，由六軸機器人自動上料，對鉤尾框進行拋丸處理，拋丸后的鉤尾框通過六軸機器人進行自動下料，吊運至鉤尾框地上檢修輸送線，在鉤尾框檢修輸送線上對鉤尾框進行外觀檢查、探傷、焊修等檢修作業。檢修后鉤尾框通過鉤尾框浸漆自動上料裝置將鉤尾框掛至鉤尾框浸漆鉤上，對鉤尾框進行浸漆烘干（鉤尾框浸漆烘干線為懸掛通過式，避免油漆滴落在烘干線上），烘干后鉤尾框通過鉤尾框浸漆自動下料裝置將其放置在合格鉤尾框輸送線上。

3.3 緩沖器檢修工藝線

緩沖器檢修工藝流程如圖6所示。

圖6 緩沖器檢修工藝流程圖

16、17號鉤緩與13號鉤緩分解后，緩沖器分別進入各自的檢修工藝線上，進行緩沖器外觀檢查、檢測、試驗、涂打檢修標記等檢修作業，再輸送至待組裝位置，分別在16、17號鉤緩組裝機與13號鉤緩組裝機上進行組裝。

3.4 鉤舌檢修工藝線

鉤舌檢修工藝流程如圖7所示。

圖7 鉤舌檢修工藝流程圖

鉤舌及鉤腔配件分解后由AGV小車送至履帶式小件拋丸機處進行拋丸處理。經拋丸后鉤舌用平衡吊吊至鉤舌輸送線上，在鉤舌輸送線上進行鉤舌自動3D檢測及外型尺寸檢查，并將信息傳至下道工序。經檢查后的鉤舌由輸送線輸送至鉤舌探傷機處，對鉤舌進行探傷，探傷后鉤舌輸送至焊修打磨工位，焊修工位上下料作業由機器人自動完成，并由焊修機器人進行自動焊修作業。焊修后鉤舌進行噴漆烘干，烘干后鉤舌通過輸送線送至鉤舌存放線上等待組裝。鉤腔配件經拋丸后進行探傷和焊修作業。檢修合格的配件用由AGV小車運至鉤舌組裝位和鉤舌鉤體進行組裝。

4 新工藝新技術的運用研究

4.1 全自動鉤舌檢修工藝流水線研究

車輛運用中難免造成車鉤各部件的磨耗，進行車輛檢修時要對各部件磨耗超限部位進行焊修打磨，恢復原形狀態。由于鉤舌的不規則性，一直以來均是采用手工焊的方式對鉤舌承臺磨耗面進行補焊，然后焊接修復完成后，根據鉤舌承臺標準型面尺寸要求打磨成型，因為全靠手工所以很難達標，并且工作環境很惡劣焊接的煙塵，打磨的飛濺。所以研制一套智能化集自動測量、自動焊接自動打磨為一體的設備是當務之急。

鉤舌檢修采用3D檢測、焊修、打磨機器人工作站集自動測量、自動焊接自動打磨為一體的設備工作站由四部分組成，機器人移動式3D掃描測量系統工作島、鉤舌編碼識別系統工作島、機器人自適應自動弧焊工作島、機器人自適應自動打磨工作島。

針對鉤舌承臺的結構形式和磨損特點，采用通過研制的機器人工作站設備進行檢測和編碼識別、建模、分層、堆積四個步驟完成鉤舌承臺磨損面的焊接修復過程。

每個鉤舌都具有唯一的編碼，通過識別這個編碼，實現鉤舌鑄造件字符信息錄入管理系統的自動化和智能化，解除操作員對字符人眼讀取和手工錄入計算機的重復勞動。還可以將測量數據，加工數據等信息一一對應建立數據庫，便于生產車間的智能化和信息化改造。鉤舌編碼識別系統構架如圖8所示。

圖8 鉤舌編碼識別系統構架圖

對鉤舌編碼的處理流程，首先對圖像進行適當的預處理；其次將預處理后圖像中包括字符的區域檢測出來；然后將檢測出來的字符內容進行識別，輸出相應的結果；最后將輸出的結果根據實際情景按需求進行處理。

Schnoka 3D測量系統是采用3D機器視覺傳感器、圖像處理以及計算機控制等技術實現對鉤舌型號以及鉤舌合格的判斷的新技術，一個鉤舌具有2000多萬個點云數據，具有非接觸、速度快、100%檢測監控的特點，可以很好地測量鉤舌質量的穩定性。將3D視覺傳感器與主流機器人聯合應用，將3D視覺傳感器裝在機器人手臂上進行程序化自動檢測，達到整體的測量效果。掃描一個鉤舌的過程耗時不超過60秒，激光3D在線測量工位組成如圖9所示。

圖9 激光3D在線測量工位的組成

激光3D在線測量工作島的組成復雜，包括測量系統、輸送系統和數據處理系統。在線測量工作島的在硬件的支持下，采集到鉤舌的數據后，數據處理流程如圖10所示。

圖10 點云數據處理流程

3D視覺傳感器配合機器人掃描鉤舌后經過機器人程序指令的觸發直接采集到原始圖像P圖（profile），P圖含有一定的鏡頭畸變與噪聲，是一個純原始數據，沒有做過任何處理。傳感器本身內置了標定文件，這個標定文件是出廠標定的，P圖采集過后會經過這一標定文件進行轉換，轉換成點云圖，在這一過程中去除了一些鏡頭畸變。P圖是以像素為單位，它會轉成以毫米為單位的點云圖，也就是轉為視覺坐標。之后點云圖再映射到平面上，形成Z-map圖，方便后續處理。掃描過程為掃描鉤舌的正面，測量鉤舌的S面寬度和S面高度差，其中S面寬度是用來判斷鉤舌的型號，S面高度差是用來判斷鉤舌是否外脹；然后，掃描鉤舌上方，測量鎖面的厚度；接著，掃描鉤舌右側，識別字符編號；之后，掃描鉤舌左側上方來測量鎖鐵坐入量；最后，掃描鉤舌左側下方來測量S面厚度和銷孔直徑。

4.2 車鉤雙層智能存放輸送線研究

鑒于在鉤緩間工藝布局設計中，經常受房屋空間有限、車鉤存放需求大的矛盾影響，本次研究首次在鉤緩檢修間中采用了車鉤雙層智能存放輸送線，能同時存放16、17號良好車鉤、緩沖裝置組成及13號鉤緩裝置，大大減少庫內占地面積，增大存放量。同時可根據配置的鉤緩動態管理系統，直觀準確地完成鉤緩選配作業。

良好車鉤雙層存放輸送線配置專用的16、17號車鉤及緩沖裝置組成，13號鉤緩組成存放裝置，確保檢修合格的16、17號車鉤，緩沖裝置組成，13號鉤緩組成擺放穩定，防止運行過程中發生脫落。

5 結語

本次鐵路貨車鉤緩裝置檢修設備自動化研究已實際應用于貨車車輛段鉤緩間改造項目中，提高了鉤緩間自動化及智能化水平，有效解決了既有鉤緩間檢修能力不足的問題，通過采用新技術新工藝對既有檢修流水線進行升級改造，以提高檢修效率。同時滿足鐵路C70、C80型貨車鉤緩檢修要求（同時兼顧C64型車），進一步釋放貨車整體檢修能力，保障了鐵路運輸任務的完成。