济南西轮轴车间工艺设计思考

赵 勇

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

济南西轮轴车间工艺设计思考

赵 勇

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

根据济南西车辆段轮轴车间设计相关内容，从轮轴检修库房工艺功能划分、轮对收入检查部分、轮对支出检查部分、车轴轮片机械加工部分、HMIS系统等几个方面入手，全面探讨轮轴大修的整个检修工艺流程和设备配置情况，并着重介绍上下料机械手、车轴输送线、车轮输送线和压装单元组成的工艺流水线的工作原理、主要特点和相关功能。总结轮轴自动化、流水线检修的整个检修工艺流程，可为其他工程轮轴检修设计提供参考依据。

轮轴车间;检修库;流水线;工艺设计

1 概述

济南西轮轴车间坐落于济南西车辆段，紧邻京沪高铁济南西客站，为目前国内较少采用生产流水线的轮轴检修基地之一。每年可承担20 000余条轮轴的生产加工能力，完全达到了自动化、标准化、数字化。

济南西车辆段轮轴车间设计轮轴检修库一座，轮轴检修库轴线尺寸187.2 m×39 m，并新设存料棚，存轮棚利用济南西车辆段既有轮轴间存轮棚。检修库和存料棚遵循高质量、高标准、先进、现代的设计理念，其外观现代新颖，雄伟大气，错落有致，体现了建筑的美感以及传统特色，并寻求新的突破，展现出现代化的气息。采用国内先进的轮轴工艺生产流水线，大大降低了劳动生产强度，提高了劳动生产效率，完全实现了加工数控化的要求。

图1 车间设备平面布置

济南西车辆段轮轴车间设备平面布置如图1所示。

2 车间工艺设计

2.1 车间工艺功能划分

轮轴检修库分东、西两跨，东跨轴线尺寸187.2 m×18 m，西跨轴线尺寸187.2 m×21 m，东跨和西跨各分设2台5 t单梁起重机，1台3 t单梁起重机，起重机走行轨轨顶高程为6.6 m。在库内南端7.2 m跨内设局部2层，作为变电室和职工更衣休息室，西跨南部设局部3层，1层为轮对同温室，2、3层为职工休息室。采用门式钢架轻钢结构，压型夹芯彩钢板保温屋面，金刚砂耐磨地面，外门采用电动卷帘门。车间的设计充分考虑了生产和办公区域的有效合理布置，既充分利用空间，节省工程投资，又方便职工作业，改善劳动环境。充分考虑轮轴库的采暖通风，生产污水和生活污水分别达标排放，车间进行通风换气。轴承压装间内设1台3 t单梁起重机。轴承压装间考虑恒温设置和落尘量的要求，满足轴承同温及压装的要求。存料棚北跨轴线尺寸为45 m×21 m，存料棚南跨轴线尺寸为51 m×21 m，存料棚内新设2台5 t桥式起重机，起重机走行轨轨顶高程为6.6 m。考虑到存料棚跨度较大，2台5 t桥式起重机采用双梁，以增加起重时的稳定性。存轮棚利用济南西车辆段既有轮轴间存轮棚。存料棚、存轮棚和检修库通过线路和转向等设备进行了有效连接，确保了轮对的有效装卸和整个检修工艺流程的顺畅进行。

2.2 车间主要设计工艺流程

2.2.1 轮对收入检查部分主要工艺流程(图2)

图2 轮对收入检查部分主要工艺流程

该部分所需设备按工艺流程分别为:轴承退卸机1台、辐板车轴除锈机1台、3000型轮对荧光磁粉探伤机1台、微机控制超声波探伤机1台、多通道探伤仪1台、轮对尺寸自动检测机1台、轮对退卸机2台、3000型车轴荧光磁粉探伤机1台。

2.2.2 车轴轮饼机械加工部分主要工艺流程(图3)

该部分为主要生产部分，车轴加工设置为双生产线，轮饼加工设置为单生产线，所需设备数量按工艺流程分别为:自动流水线1套，轴端螺栓三孔钻床1台、30车床6台、数控车轴成型磨床2台、数控外圆磨床2台、车轴自动检测机2台、3000型车轴荧光磁粉探伤机2台、立式车床6台、轮饼自动检测机1台、全自动轮对压装机2台。

图3 车轴轮饼机械加工部分主要工艺流程

2.2.3 轮对支出检查部分

轮对支出检查部分主要工艺流程见图4。

图4 轮对支出检查部分主要工艺流程

该工艺流程所需设备数量为:轴端标识刻打机1台、多通道超声波探伤仪1台、3000型轮对荧光磁粉探伤机1台、轮对自动检测机1台、车轮车床2台、车轴轴颈车磨床1台。

图5 轴承组装部分主要工艺流程

2.2.4 轴承组装部分主要工艺流程(图5)

该部分采用双线设置，所需设备数量按工艺流程分别为:全自动轴承压装机2台、全自动轴承标志牌打号机1台、轴端螺栓智能扳机2台、双工位轴承磨合机2台、移动式轴承退卸机2台、轴承智能选配系统1套。

2.2.5 HMIS系统

根据自动化工艺布局生产需要，按照工位配备的原则进行HMIS系统建设，并进行网络布线等。

3 工艺流水线的主要特点

3.1 压装单元(图6)

(1)设备满足铁路货车 RD2、RE2、RE2A、RE2B等各型轮对的车轴与轮饼组装要求。能够与车轴和车轮流水线协调连接，形成完整的流水线。

(2)自动完成车轴和车轮的涂油、预压装和压装全过程动作。

(3)具备车轮参照车轴中心自动定心功能。

(4)能够实现与车轴传输及上下料装置的无缝连接。

(5)能够实现与车轮传送及上下料装置的无缝连接。

(6)具备车轴尺寸自动检测功能，采用接触测量方式测量车轴各部分尺寸，该设备已通过铁道部技术审查。

(7)提供HMIS系统的标准数据接口和USB接口，可实现数据共享。

(8)对于传输线不能流通的特殊轮对组装提供可行的实现方案。

(9)电气控制采用PLC可编程控制器控制，能方便地进行加工调整。

(10)保留天车上下料以及设备维修时使用天车的条件。

(11)各工序间有足够的物料缓冲区。

(12)压装效率每条轮对不超过6 min。

(13)压装单元长度不超过18 m。

(14)设2台立式车床安装位置。配置1台双爪自动上下料的机械手，用于2台立式车床上下料，并实现机床与输送线的无缝连接，运行平稳可靠。

图6 压装单元部分

3.2 车轮输送线及上下料机械手(图7)

(1)设备用于连接车轮生产的各设备，实现各设备间车轮的输送及自动上下料要求。能够与车轴流水线和轮对组装单元协调连接，形成完整的流水线。

(2)自动完成车轮的输送及分料，设置相应的安全防护。

(3)能够实现与轮对组装单元的无缝连接。

(4)对于传输线不能流通的特殊车轮提供可行的实现方案。

(5)电气控制采用PLC可编程控制器控制，能方便地进行加工调整。

(6)保留天车上下料以及设备维修时使用天车的条件。

(7)各工序间有足够的物料缓冲区。

图7 车轮输送线部分

3.3 车轴输送线及上下料机械手(图8)

(1)设备满足铁路客货车 RD2、RE2、RE2A、RE2B等各型轮对车轴输送及相关机床上下料要求。

(2)用于完成车轴加工单元的各设备自动上下料及物料传输，包括车轴车床、成型磨床、外圆磨床、车轴探伤机等设备。

图8 车轴输送线部分

(3)实现与各设备间的互锁安全保护，自动完成为各个设备的自动上下料。

(4)车轴车床配上下料机械手，实现车床的自动上下料以及机床与输送线的无缝连接。

(5)每个机械手能够在机床工作位自动调转180°旋转，保证工件能够掉头加工。

(6)机械手采用电动伺服系统和液压伺服系统。

(7)机械手与机床控制自动连接，即:机床加工完成后，机械手自动完成车轴的自动下料、自动上料，并自动将车轴传到下一个工位。

(8)机床上下料机械手的自动化系统与机床控制系统完全融合，并具有安全控制连锁保护，保证上下料时不会撞坏机床。

(9)每个机械手有独立的控制系统。

(10)能够实现与轮对组装单元的无缝连接。

(11)对于传输线不能流通的特殊车轴提供可行的实现方案。

(12)电气控制采用PLC可编程控制器控制，能方便地进行加工调整。

(13)保留天车上下料以及设备维修时使用天车的条件。

(14)各工序间有足够的物料缓冲区。(15)车轴线连同压装单元总长度88 m。

4 结语

济南西轮轴车间设计宽敞明亮、现代新颖，检修库与存料棚、存轮棚错落有致、科学合理，体现了建筑的美感以及传统特色。车间生产办公区间的合理化划分，使整体空间得到了有效合理利用，充分体现了以人为本的理念。

车轴输送线实现了车轴车床、成型磨床、外圆磨床、车轴探伤机等车轴加工单元的自动上下料、物料传输及各设备间的互锁安全保护，机械手自动完成车轴的自动上下料，并自动将车轴传到下一个工位。车轮输送线实现车轮生产的各设备间车轮的输送及自动上下料要求，自动完成车轮的输送及分料，设置相应的安全防护。压装单元与车轴、车轮流水线协调连接，形成完整的流水线，具备车轮参照车轴中心自动定心功能，自动完成车轴和车轮的涂油、预压装和压装全过程动作。

既充分利用既有设备，又积极采用新技术、新工艺先进的设计理念，集成化高效的生产流水线，先进的工艺装备，确保了轮轴检修的效率，降低了职工劳动作业强度，改善了劳动作业环境，提高了劳动的安全性，实现了自动化、标准化、数字化，生产能力达到先进行列。

［1］ 中铁工程设计咨询集团有限公司.济南西车辆段轮轴车间改造工程［Z］.济南:中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，2010.

［2］ TB10031—2009 铁路货车车辆设备设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［3］ 交通部第三铁路设计院.铁路车辆段设计手册［M］.北京:人民交通出版社，1972.

［4］ 机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［5］ 铁道第四勘察设计院.站场及枢纽［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

［6］ 中华人民共和国铁道部.铁运［2007］98号 铁路货车轮轴组装检修及管理规则［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［7］ 蔡绍先.铁道车辆检修工艺及其管理［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［8］ 韩永军.武汉动车段检查库设计思考［J］.铁道标准设计，2011(5):110-112.

Thoughts on Process Design of Ji'nan West Wheel Axle Workshop

ZHAO Yong
(Ji'nan Design Institute，China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Ji'nan 250022，China)

This paper，according to the relevant design contents of wheel axle workshop of Ji'nan West Rolling Stock Depot，investigates comprehensively the whole maintenance process and the equipment configuration of wheel axle's overhaul，from several aspects such as the function partitioning of inspection and repair depots，wheelset-input inspection，wheelset-export inspection，mechanical processing of wheel axle，HMIS system and so on.Moreover，the paper introduces emphatically the working principle，main features and the related functions about the process line which consists of the loading and unloading robot，axle transmission line，wheel transmission line，and the press-fit units.In addition，this paper summarizes the entire maintenance process in relation to the wheel axle's automation and process line's maintenance，with a view to provide reference for wheel axle repair design of other projects.

wheel axle workshop;inspection and repair base;process line;process design

U269

A

1004-2954(2012)07-0128-04

2011-11-07

赵 勇(1980—)，男，工程师，2002年毕业于中南大学，工学学士，E-mail:zhy8000102@163.com。