城際車換裝輪對(duì)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要 本文通過對(duì)城際車輪對(duì)常用的換裝方法進(jìn)行闡述和分析，提出其存在的不足，進(jìn)而引進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化換裝輪對(duì)作業(yè)方法，并結(jié)合有限元分析方法對(duì)其主體結(jié)構(gòu)的校核計(jì)算，達(dá)到優(yōu)化換裝工藝和提高作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞 換裝 自動(dòng)化系統(tǒng) 有限元計(jì)算

一、概述

城際車在投入運(yùn)用后，隨著運(yùn)行里程的增加，輪對(duì)車輪的磨耗達(dá)到規(guī)定限度后，需要對(duì)輪對(duì)進(jìn)行更換。由于城際車轉(zhuǎn)向架的緊湊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和換裝輪對(duì)的工藝要求，對(duì)于傳統(tǒng)的換裝輪對(duì)工藝存在作業(yè)效率不足和勞動(dòng)強(qiáng)度大的情況。因此，對(duì)換裝工藝引進(jìn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)理念，從而提高作業(yè)效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

二、傳統(tǒng)的換裝方法

對(duì)于傳統(tǒng)的城際車輪對(duì)換裝作業(yè)方式，涉及到車輛解編、架抬車、轉(zhuǎn)向架輪對(duì)換裝、總裝落成和編組調(diào)試等作業(yè)工序。

1、車輛解編

在預(yù)定廠房里，對(duì)城際車進(jìn)行受電弓的降弓作業(yè)，并對(duì)空氣彈簧進(jìn)行排風(fēng)和制動(dòng)裝置緩解；對(duì)需要換裝輪對(duì)對(duì)應(yīng)車輛與相鄰車輛連接車鉤、緩沖器和內(nèi)風(fēng)擋進(jìn)行拆解，并將車輛轉(zhuǎn)移到換架抬車所在臺(tái)位。

2、架抬車

對(duì)車輛四個(gè)角上的抬車孔安裝過渡工裝，使用抬車機(jī)進(jìn)行支撐。并對(duì)車體與轉(zhuǎn)向架之間的牽引裝置、扭桿裝置、高度調(diào)整裝置、減震系統(tǒng)、電器與管路連接緊固件或接頭進(jìn)行拆卸。

通過抬車機(jī)將車體抬高，將轉(zhuǎn)向架從車體下側(cè)推出。

3、轉(zhuǎn)向架輪對(duì)換裝

將轉(zhuǎn)向架通過天車、軌道或轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)移到換裝輪對(duì)區(qū)域，對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行拆解后，替換需換裝的輪對(duì)后，重新組裝轉(zhuǎn)向架。

4、總裝落成

將換裝輪對(duì)后的轉(zhuǎn)向架重新轉(zhuǎn)移到架抬車區(qū)域，對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行落成。

5、編組調(diào)試

重新對(duì)解編的車輛進(jìn)行編組，連接相應(yīng)的連接車鉤、緩沖器和內(nèi)風(fēng)擋。并對(duì)該列進(jìn)行過拆解的電器、空氣管路重新進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)。

綜上所述，傳統(tǒng)的換裝輪對(duì)作業(yè)方法，存在以下不足：

（1）換裝多條輪對(duì)時(shí)，解編和編組占用的作業(yè)時(shí)間比重較大，且由于解編而增加相應(yīng)的性能試驗(yàn)內(nèi)容也較多。

（2）作業(yè)方式煩瑣，作業(yè)效率較低，自動(dòng)化程度低。

三、自動(dòng)化換裝工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過對(duì)傳統(tǒng)換裝作業(yè)方式進(jìn)行分析，考慮在不解編的情況下，使用架車機(jī)支撐車體，進(jìn)而落下轉(zhuǎn)向架并轉(zhuǎn)移出來換裝輪對(duì)。一方面簡(jiǎn)化作業(yè)工序，縮減作業(yè)人員數(shù)量，減少換裝輪對(duì)整體作業(yè)時(shí)間；另一方面引進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。

1、優(yōu)化作業(yè)方式

通過對(duì)作業(yè)方式進(jìn)行優(yōu)化，減少作業(yè)工序，取消列車解編、重新編組和調(diào)試工序。優(yōu)化后的作業(yè)工序，具體如下：

（1）轉(zhuǎn)向架拆解

對(duì)車輛四個(gè)角上的抬車孔安裝過渡工裝，使用抬車機(jī)進(jìn)行支撐。對(duì)車體與轉(zhuǎn)向架之間的牽引裝置、扭桿裝置、高度調(diào)整裝置、減震系統(tǒng)、電器與管路連接緊固件或接頭進(jìn)行拆卸。

通過轉(zhuǎn)向架下降和車體支撐，將轉(zhuǎn)向架下降到車體下側(cè)。

（2）轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)移

將轉(zhuǎn)向架通過輸送軌道轉(zhuǎn)移到換裝輪對(duì)作業(yè)區(qū)域，并對(duì)輪對(duì)進(jìn)行換裝。

（3）轉(zhuǎn)向架落成

將換裝輪對(duì)后的轉(zhuǎn)向架通過輸送軌道，重新轉(zhuǎn)移到架抬車區(qū)域，對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行落成。

2、自動(dòng)化控制系統(tǒng)

城際車一般為8輛車編組，輪對(duì)換裝可采用整列通過式且單個(gè)轉(zhuǎn)向架換裝方式進(jìn)行。要引入輪對(duì)換裝的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，需針對(duì)城際車的單車車體和轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)，同時(shí)也能最大限度滿足其他車型技術(shù)參數(shù)。具體見表1。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制面板遠(yuǎn)程操作方式，包括轉(zhuǎn)向架舉升裝置、車體舉升裝置、轉(zhuǎn)向架輸送裝置和控制系統(tǒng)等自動(dòng)控制。作業(yè)內(nèi)容涉及支撐托架對(duì)車體的支撐、轉(zhuǎn)向架在主輔軌道進(jìn)行切換和轉(zhuǎn)移等工序。

（1）轉(zhuǎn)向架舉升裝置

轉(zhuǎn)向架舉升裝置直接相關(guān)的技術(shù)參數(shù)有轉(zhuǎn)向架固定軸距、車輛定距和相鄰兩輛車轉(zhuǎn)向架中心距。轉(zhuǎn)向架舉升裝置主要有支撐軌道、舉升絲桿和動(dòng)力源。

（2）車體舉升裝置

與車體舉升裝置直接相關(guān)的技術(shù)參數(shù)主要有抬車點(diǎn)位置和抬車點(diǎn)具體尺寸。

車體舉升裝置主要包括舉升柱垂直升降功能、舉升單元整體縱向行走功能、舉升單元的空載橫向調(diào)整功能以及帶載橫向調(diào)整功能。縱向行走功能主要由縱向走行機(jī)構(gòu)、走行驅(qū)動(dòng)裝置以及位置判定系統(tǒng)等組成。

車體支撐裝置包括液壓站、支撐托架和立式龍門。輪對(duì)換裝采用城際車通過式且單個(gè)轉(zhuǎn)向架換裝方式進(jìn)行，因此，僅需對(duì)單側(cè)車體進(jìn)行支撐。車體上預(yù)置了架車孔，通過在該支撐孔上安裝過渡支撐工裝，由立式龍門上的支撐托架進(jìn)行支撐。

（3）轉(zhuǎn)向架輸送裝置

轉(zhuǎn)向架輸送裝置包括傳動(dòng)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)和承接軌道等。承接軌道用于轉(zhuǎn)向架的支撐和停放，軌道采用標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，支撐的重量滿足單車自重要求。在需換裝的轉(zhuǎn)向架停放在承接軌道后，通過升降系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)移到平行整車一側(cè)的作業(yè)平臺(tái)區(qū)域。

（4）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括對(duì)支撐裝置上托架的定位、液壓站的控制、傳動(dòng)系統(tǒng)和升降系統(tǒng)的控制等?？刂婆_(tái)采用微機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，作業(yè)涉及到液壓站的啟動(dòng)關(guān)閉；支撐托架的上下、左右和前后控制；主軌道升降、鎖緊控制；輔助軌道升降、平移和鎖緊控制。

四、計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證

自動(dòng)化控制系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向架換裝工藝設(shè)計(jì)中起著重要的作用。從結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)、安全控制方面確保設(shè)備的絕對(duì)安全可靠以外，利用有限元分析方法對(duì)其主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的校核計(jì)算。結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算包括轉(zhuǎn)向架架車單元、車體架車單元和鋼結(jié)構(gòu)等。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在應(yīng)力和位移相對(duì)較大的位置布置測(cè)試應(yīng)變片，并對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移進(jìn)行測(cè)試，滿足各部位的承載要求。

五、自動(dòng)化工藝設(shè)計(jì)的作用

通過引進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化作業(yè)內(nèi)容，優(yōu)化換裝工藝，降低作業(yè)人員數(shù)量，縮減作業(yè)時(shí)間。具體對(duì)比情況如下：

（1）簡(jiǎn)化作業(yè)內(nèi)容。省去了解編、重新編組和調(diào)試的作業(yè)時(shí)間，該部分的作業(yè)時(shí)間節(jié)省約20%。

（2）優(yōu)化換裝工藝。采用輪對(duì)換裝的自動(dòng)化操作系統(tǒng)，通過自動(dòng)化遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，涉及車體支撐自動(dòng)定位、轉(zhuǎn)向架升降和運(yùn)輸自動(dòng)輸送等，達(dá)到智能化和便捷化。與傳統(tǒng)的人工作業(yè)、天車吊運(yùn)和轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)輸送對(duì)比，作業(yè)時(shí)間節(jié)省70%。

（3）降低作業(yè)人員數(shù)量。通過優(yōu)化作業(yè)工序和引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，省略了解編、重新編組和調(diào)試作業(yè)人員，且從轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)運(yùn)方面也減少了作業(yè)人員數(shù)量?？傮w較之前的人員數(shù)量減少40%。

六、結(jié)束語

隨著城際間列車需求數(shù)量的不斷增加，在有效的時(shí)間內(nèi)對(duì)車輪磨耗到限的輪對(duì)進(jìn)行更換顯得尤為關(guān)鍵。而通過對(duì)輪對(duì)換裝的優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)和引進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為城際車的有效利用和成本耗費(fèi)提供了保障。同時(shí)，該種作業(yè)方式，也可為其它系列車型的輪對(duì)換裝所使用，較大提高更換輪對(duì)的效率。

（作者單位：南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司）