一种智能工艺转向架的设计研究

冯娜娜，赵　慧

(郑州铁路职业技术学院,河南 郑州　450052)



一种智能工艺转向架的设计研究

冯娜娜，赵慧

(郑州铁路职业技术学院,河南 郑州450052)

摘要：自主研发一种智能工艺转向架，主体框架由大规格型钢焊接而成，驱动装置采用交流变频电机，系统电源选用锂电池，包含GPS模块和WIFI模块的嵌入式控制器将运行数据传输至中央控制系统，结合流水线智能终端，实现转向架的智能化作业。

关键词:工艺转向架；机车维修；智能控制；组网技术

新一轮的技术竞争，促使中国制造向中国智造、中国创造转变，尤其是处在最新技术应用前沿的铁路机车和轨道交通行业，生产物流逐渐成为关注的重点。其中，机车制造与检修已广泛采用流水线作业，并逐步向数字化、信息化、智能化方向发展。工艺转向架作为重要的承载设备，不仅影响机车制造、检修效率，而且对机车转向架的安全快速替换起到无法替代的作用[1]。因此，在构建机车数字化工厂的过程中，研制一种智能工艺转向架就显得格外重要。

1工艺转向架的组成

工艺转向架适用于各种和谐型大功率六轴交流传动电力机车车体的承载，用于替换转向架，完成车体在各工位间的移动。按驱动方式分为动力工艺转向架和非动力工艺转向架，可两两灵活成组使用，组成双车动力、单车动力、无动力等型式。

针对机车车体输送作业研制开发了ZD-63和WD-63两种型号的工艺转向架，现已成功地应用于机车车体输送作业，如图1、图2所示。

图1　ZD-63型动力型工艺转向架

图2　WD-63无动力型工艺转向架

ZD-63动力型工艺转向架由车体、驱动装置、支撑结构、电源装置、控制器等部分组成。其中驱动装置包括交流变频电机、驱动控制装置、减速机；电源装置包括充电器、锂电池及电池管理系统；控制系统包括控制器、声光报警器、停车制动装置及线控手柄[2]。WD-63无动力型工艺转向架由车体、支撑结构、非动力轮对组成。

1.1车体

车体由主体框架、驱动轮对、从对轮对、控制器安装座、电源安装座及连接装置组成。主体框架采用大规格型钢焊接而成，在框架内还有四道横梁和两道纵梁加强。驱动轮对与从动轮对通过连接装置固定在主体框架上。车体上设有驱动装置、电源装置的接口。

1.2驱动装置

工艺转向架驱动装置由交流变频电机、驱动控制装置、减速机组成。交流变频电机具备无级变速，温度和速度反馈功能；减速机传动采用最优方案，正反转平稳无冲击。驱动控制装置具备直流逆变交流功能，输出满足低压变频电机要求，可通过控制接口进行控制，具备过载、过压、低压、过热、故障保护功能。

1.3支撑结构

工艺转向架是通过支撑结构与车体连接。支撑结构采用了更适于承受超重载荷的箱型结构，通过螺栓连接紧固在工艺转向架主体上，可通过调节柔性支撑实现“对位精确且调整灵活、简单、可靠”的要求。

1.4电源装置

采用绿色环保的锂电池作为系统电源，并配备充电机及电池管理系统。充电过程符合蓄电池充电标准，具备防过充、防过流等自我保护功能。

1.5控制系统

控制系统采用嵌入式技术，使用工业计算机，触摸屏操作，输入采用数字软键盘，内置12通道GPS接收模块和WIFI无线通讯模块，同时内置电子罗盘辅助姿态测定，能够满足对工艺转向架的控制要求。硬件抗干扰性强、防护等级高、性能稳定可靠。布局结构紧凑，散热良好，并具备环境温度检测及运行状态监控功能。

1.6接口协议

为了实现工艺转向架的智能化控制，工艺转向架的硬件接口采用FC接口以及802.11 g无线网卡，通过TCP/IP通信协议接入信息系统。

2工艺转向架主要技术参数

2.1动力工艺转向架

轨距：1 435 mm；

轴距：2 600 mm；

轮径：800 mm；

电池容量：80 V，400 Ah，锂电电池组；

充电电压：AC380 V，50 Hz；

充电电流接口：40 A；

承载平台高度：车钩中心线距轨面高度870 mm；

载重：50 t；

最大运行速度：50 m/min(可调)；

连续运行时间：≥3小时；

控制方式：程控(手持线控为辅)。

2.2非动力工艺转向架

轨距：1 435 mm；

轴距：2 600 mm；

轮径：800 mm；

承载平台高度：车钩中心线距轨面高度870 mm；

载重：50 t。

3组网控制系统

智能转向架组网控制系统的设计着眼于使用现代信息技术[3]，在流水生产线各作业工位上设置智能终端，通过中央控制系统对工艺转向架进行控制和计算机管理，结合高精度无线电差分GPS定位技术以及宽带无线网络通讯技术，实现对机车动态运行信息的实时跟踪，实现智能化运输作业。

本系统使用局部区域GPS差分技术，在数百米半径内提供无线电差分服务，定位精度为1 m。WIFI无线网络与车间局域网互联，以便中央控制计算机所发出的指令、请求等信息可立即经由WIFI基站发送至各工艺转向架车载终端。工位智能终端与中控机联网，布于厂房的各作业信息控制点，每个点均有特定的和唯一的地址，该地址是工艺转向架的目的地或起点。

作业时，工位智能终端向中央控制计算机发出指令，中控机经过信息处理后，通过WIFI基站将指令传输给对应的工艺转向架车载终端，依据GPS定位技术将车体输送至对应工位。设计原理框图如图3所示。

图3　设计原理框图

4结语

在机车制造或检修车间，电力机车车体与转向架分离后，工艺转向架作为替换转向架的承载工具，起到了非常重要的作用。本文设计研发出一种新型智能工艺转向架，并成功应用于机车检修基地，该研究结果对设计其他各类智能搬运设备有很强的指导意义。

参考文献

[1]李鹏程，熊禾根．基于AWE的工艺转向架构架优化设计研究[J]．制造业自动化，2011,33(23):110-113.

[2]沈谊．可调整工艺转向架托梁的应用[J]．铁道机车车辆工人，2010(1):4-6.

[3]王智勇,姬婧媛．AGV小车的控制系统的设计与开发[J]．桂林航天工业高等专科学校学报，2007(4):44-46.

[责任编辑：赵伟]

Design and Research on a Kind of Intelligent Process Bogie

FENG Nana, ZHAO Hui

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052,China)

Abstract:This paper introduces a kind of intelligent process bogie, main frame is composed of large size steel welding, driving devices adopt AC variable-frequency motor, power system uses lithium batteries, the embedded controller including GPS module and WIFI module transmits data to the central control system, combining intelligent terminal of the assembly line, to achieve the intelligent operation of bogie.

Key words:process bogie; locomotive maintenance; intelligent control; networking technology

中图分类号:U270.6+4

文献标志码:A

文章编号：1008-6811(2016)01-0026-03

作者简介：冯娜娜(1982—)女，河北泊头人，郑州铁路职业技术学院机电工程系讲师。

收稿日期：2015-03-10