鐵路貨車(chē)軸承智能存取選配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁永亮

（中國(guó)鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司哈爾濱車(chē)輛段，黑龍江 哈爾濱150016）

目前鐵路行業(yè)的檢修設(shè)備技術(shù)水平相對(duì)落后，大多使用人工選配作業(yè)，很難快速確認(rèn)軸承信息，倉(cāng)庫(kù)經(jīng)常出現(xiàn)軸承積壓，超過(guò)使用年限的問(wèn)題。由于選配工作復(fù)雜，工作人員工作量大，導(dǎo)致工作效率低下，影響檢修工作的開(kāi)展。因此研究智能存取選配系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于鐵路貨車(chē)檢修具有積極影響。

1 軸承智能存取選配系統(tǒng)的應(yīng)用意義

鐵路車(chē)輛是保證鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，由于鐵路貨車(chē)長(zhǎng)期運(yùn)行在鐵道線(xiàn)上，保證車(chē)輛狀態(tài)良好對(duì)于運(yùn)輸安全有著直接影響。鐵路設(shè)置列檢所、車(chē)輛修理工廠(chǎng)以及車(chē)輛段等多個(gè)設(shè)施，保證貨車(chē)運(yùn)行良好。鐵路車(chē)輛段負(fù)責(zé)對(duì)車(chē)輛的修理工作，為提高檢修效率，要關(guān)注車(chē)輛段檢修設(shè)備的先進(jìn)性[1]。軸承智能存取選配系統(tǒng)作為檢修車(chē)輛的先進(jìn)設(shè)備，可有效提高軸承倉(cāng)儲(chǔ)存取以及選配工作的效率，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高貨車(chē)檢修工作效率，維護(hù)鐵路貨車(chē)安全運(yùn)行。

2 軸承智能存取選配系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)

使用倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)化管理。立體倉(cāng)庫(kù)技術(shù)占地面積較小，可解決存儲(chǔ)空間不足的問(wèn)題。倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)可提供自動(dòng)查找空位、自動(dòng)入庫(kù)的功能，能夠自動(dòng)搜尋貨物，減輕人員勞動(dòng)量，更提高工作效率，規(guī)避人為失誤。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

為了讓倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立信息管理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)貨物進(jìn)行管理，貨物信息包括編號(hào)、位置、入庫(kù)日期等數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，可隨時(shí)篩選數(shù)據(jù)找到貨物信息[2]。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，選配系統(tǒng)能夠篩選數(shù)據(jù)庫(kù)信息，找到需要的貨物，提高貨物篩選的效率。

2.3 工業(yè)控制技術(shù)

控制系統(tǒng)使用分布式控制，上級(jí)管理包括檔案服務(wù)器以及工作站，監(jiān)控機(jī)使用了工業(yè)PC 機(jī)，PLC 作為堆垛機(jī)和分配車(chē)的主要控制器，負(fù)責(zé)前端控制。PLC 配置通訊模塊包括聯(lián)機(jī)通信功能。采取全自動(dòng)方式運(yùn)行，監(jiān)控機(jī)能夠控制堆垛機(jī)和分配車(chē)。

3 鐵路貨車(chē)軸承智能存取選配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)備構(gòu)成

鐵路貨車(chē)的軸承智能存取選配系統(tǒng)常應(yīng)用于貨車(chē)檢修工作中，采集軸承信息，完成入庫(kù)出庫(kù)，選配軸承并輸送。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)入庫(kù)前檢測(cè)軸承內(nèi)徑，檢測(cè)密封座內(nèi)徑。對(duì)新軸承和舊軸承入庫(kù)傳輸。存放軸承，依據(jù)軸徑信息選配，取出軸承出庫(kù)，傳送到壓裝工位。系統(tǒng)包括入庫(kù)檢測(cè)系統(tǒng)、輸送設(shè)備、存儲(chǔ)貨架、出庫(kù)輸送設(shè)備等構(gòu)成。

3.1.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)使用PLC 和工控機(jī)進(jìn)行控制，提供手動(dòng)控制、人工控制等方式。人員可利用開(kāi)關(guān)對(duì)堆垛機(jī)以及貨架進(jìn)行控制，并由人員安裝和調(diào)試，解決系統(tǒng)故障問(wèn)題。自動(dòng)控制需要在程序中輸入作業(yè)命令，堆垛機(jī)完成作業(yè)，并等待指令。聯(lián)合控制由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出作業(yè)指令，由通訊電纜傳送至紅外通訊裝置，堆垛機(jī)的紅外通訊裝置接到命令后可一次性完成作業(yè)。

3.2 設(shè)備選型設(shè)計(jì)

3.2.1 堆垛機(jī)

系統(tǒng)選擇有軌巷道式的單立柱堆垛機(jī)，作為存取搬運(yùn)設(shè)備，堆垛機(jī)是主要執(zhí)行設(shè)備，決定了設(shè)備穩(wěn)定性，能否存取軸承。該型號(hào)堆垛機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、寬度小的特征。使用天地軌導(dǎo)向，地軌負(fù)責(zé)行走。使用行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)，堆垛機(jī)的運(yùn)行速度可達(dá)60m/min，行走速度可分成高速區(qū)域、緩沖區(qū)域以及調(diào)整區(qū)域。升降電機(jī)可以用來(lái)進(jìn)行堆垛機(jī)貨叉的升降控制，速度為0～24m/min。

3.2.2 軸承存儲(chǔ)架

存儲(chǔ)架可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況以及存儲(chǔ)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，高度多選擇4m～8m 之內(nèi)。使用型材結(jié)構(gòu)，連接地面位置安裝底座，每列立柱擁有斜拉型材支撐，提高貨架的安全可靠性，具有良好的承載能力。貨架是倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)存放貨物的支撐結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存性能對(duì)于立體倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)生直接影響。根據(jù)批量生產(chǎn)的特性，考慮到降低成本，使用組合式貨架以便于根據(jù)空間結(jié)構(gòu)調(diào)整。貨架使用鋼結(jié)構(gòu)，保證貨架的強(qiáng)度和剛度。

3.2.3 天地軌

天地軌是堆垛機(jī)承載部件，要求天地軌具備良好的剛性，將天地軌固定在貨架和地面上，全長(zhǎng)覆蓋至堆垛機(jī)行動(dòng)范圍。兩端保持充足長(zhǎng)度，結(jié)合面使用45°對(duì)接，對(duì)接位置存在一定高度差要求。

3.2.4 安全裝置

堆垛起重機(jī)要配置安全裝置，保護(hù)作業(yè)人員安全。在巷道兩端設(shè)置減速檢測(cè)裝置和緊急制停開(kāi)關(guān)，堆垛機(jī)向巷道兩側(cè)行動(dòng)時(shí)，先減速后停止，避免超程行走。正常情況下堆垛機(jī)和緩沖器并不接觸。如果發(fā)現(xiàn)電氣線(xiàn)路故障，出現(xiàn)超程行走，在巷道兩端設(shè)置緩沖器可吸收堆垛機(jī)沖力。立柱兩端設(shè)置減速檢測(cè)裝置和緊急開(kāi)關(guān)，在立柱兩端接近位置升降載貨臺(tái)，先減慢速度然后停止，避免出現(xiàn)超程升降。

3.2.5 操作設(shè)備

使用機(jī)載控制柜對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行控制，控制具有上位計(jì)算機(jī)通訊功能。地面出入口位置設(shè)置和堆垛機(jī)對(duì)應(yīng)的急停按鈕，堆垛機(jī)發(fā)生異常時(shí)，可以立刻停止。操作時(shí)不允許堆垛機(jī)有人員進(jìn)入，發(fā)生異常情況才允許人員進(jìn)入堆垛機(jī)，手動(dòng)操作?？刂乒衩姘逶O(shè)置操作鍵、顯示燈等按鈕?？蛇x擇手動(dòng)操作或者自動(dòng)操作。

3.2.6 輸送鏈

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)設(shè)置輸送鏈，輸送鏈和輸送設(shè)備相連接，將軸承直接輸送至倉(cāng)庫(kù)。輸送過(guò)程中需要對(duì)內(nèi)徑測(cè)量，停止測(cè)量升降臺(tái)可頂起軸承，讓軸承保持水平狀態(tài)。手動(dòng)控制內(nèi)徑，對(duì)軸承座進(jìn)行測(cè)量。完成測(cè)量后。操作人員按下完畢按鈕。輸送鏈送入下降平臺(tái)，將軸承下降到入庫(kù)位置，堆垛機(jī)將軸承放入存儲(chǔ)架。出庫(kù)運(yùn)輸鏈獲得出庫(kù)軸承后將軸承運(yùn)輸?shù)椒D(zhuǎn)裝置，并滾落在小車(chē)上，由小車(chē)輸送軸承至壓裝工位。

3.3 實(shí)現(xiàn)方案

3.3.1 選配原則

對(duì)于軸承的選配主要根據(jù)壓裝過(guò)盈量的要求選擇，不同貨車(chē)輪軸徑有很大區(qū)別，不同輪對(duì)軸徑要想滿(mǎn)足過(guò)盈量需要，配對(duì)軸承內(nèi)徑也有差異。要根據(jù)入庫(kù)保存的軸徑信息，按照優(yōu)化過(guò)盈量要求選配，保證輪對(duì)壓裝過(guò)盈量滿(mǎn)足需要。軸承選配按照先進(jìn)先出原則，按時(shí)間排序優(yōu)先取出先放入的軸承，避免軸承長(zhǎng)期存放被遺忘[3]。出入庫(kù)作業(yè)要遵守最短路徑原則，系統(tǒng)按照路徑遠(yuǎn)近進(jìn)行作業(yè)，從近至遠(yuǎn)，提高選配速度。根據(jù)客戶(hù)需要選配軸承，提高選配有效性。

3.3.2 內(nèi)徑測(cè)量

對(duì)軸徑測(cè)量使用接觸式測(cè)量原理，將測(cè)量頭插入被測(cè)位置，測(cè)量結(jié)果是截面平均內(nèi)徑。如果要對(duì)截面圓度進(jìn)行測(cè)量，只需要旋轉(zhuǎn)工件即可，旋轉(zhuǎn)工件時(shí)，測(cè)量?jī)x差值也就是圓度值。測(cè)量選擇在和大端面保持15mm 距離的軸承內(nèi)徑，可以升降測(cè)量頭，在升降桿標(biāo)注測(cè)量位置，方便于定位測(cè)量截面。軸承內(nèi)經(jīng)測(cè)量臺(tái)常用于測(cè)量軸承內(nèi)徑，在入庫(kù)輸送鏈上設(shè)置，將軸承放入輸送鏈后，可以自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量工位，進(jìn)行內(nèi)徑測(cè)量。軸承保持水平狀態(tài)，操作人員輸入軸承編號(hào)對(duì)內(nèi)徑測(cè)量頭進(jìn)行控制，對(duì)軸承內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量。下降到位之后，人員電機(jī)確定按鈕，確定數(shù)據(jù)，顯示屏上可以顯示出測(cè)量結(jié)果。人員點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，測(cè)量結(jié)果以及軸承編號(hào)被發(fā)送至服務(wù)器，提供給倉(cāng)庫(kù)選配。

3.3.3 軸承翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

貨車(chē)軸承兩側(cè)密封座容易脫落，存儲(chǔ)軸承需要立放軸承，同時(shí)攜帶托盤(pán)。軸承壓裝時(shí)需要翻轉(zhuǎn)軸承，將軸承調(diào)整至水平壓裝方向，分離軸承和托盤(pán)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以完成翻轉(zhuǎn)軸承的工作，也能調(diào)整軸承至壓裝狀態(tài)，能夠?qū)⑤S承和托盤(pán)分離開(kāi)，將軸承從出庫(kù)輸送線(xiàn)向運(yùn)送小車(chē)上轉(zhuǎn)移。

3.3.4 壓裝工位控制

在控制臺(tái)上輸入壓裝輪對(duì)編號(hào)，將左右軸徑和實(shí)際位置是否一致發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)輸入輪對(duì)編號(hào)查詢(xún)軸徑信息，提供給服務(wù)器選擇合適的軸承。輪對(duì)軸徑和左右位置對(duì)應(yīng)，決定著壓裝工位順序，計(jì)算機(jī)能夠清楚提供輸送位置。

結(jié)論：綜上所述，在鐵路貨車(chē)車(chē)輛段使用軸承智能存取選配系統(tǒng)，可有效提高入庫(kù)存取、選配工作的效率，減少工作人員的勞動(dòng)量。未來(lái)還需要深入研究智能存取選配系統(tǒng)和其他設(shè)備之間的聯(lián)合應(yīng)用，不斷縮短入庫(kù)出庫(kù)的時(shí)間，進(jìn)一步提高檢修工作效率。鐵路系統(tǒng)需要充分發(fā)揮出智能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，完善鐵路系統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承選配的信息化管理。