无人值守技术在铁路车辆轮轴检修中的应用与研究

2021-01-05祁书慧

铁道车辆 2021年5期

关键词：轮轴车轴机床

李伟，祁书慧

(中国铁路西安局集团有限公司西安东车辆段，陕西西安 710608)

随着我国工业和信息化水平的高速发展，人工智能、5G、工业机器人等已然成为当前时代发展的趋势。工业机器人、无人值守技术的日趋成熟与发展将对铁路车辆轮轴检修行业乃至整个铁路行业产生历史性的推动作用。

1 铁路车辆轮轴检修存在的问题

(1) 铁路车辆轮轴检修多数环节主要是依靠设备完成，而设备均是依靠人员操作控制，需要的操作人员较多，检修的质量、安全、效率受人为因素及偶然因素影响较大，生产效率相对较低。

(2) 检修线上车轮的传递主要依靠人力推动，效率较低且人工劳动强度大，存在人身安全隐患。

(3) 车轴进行除锈和探伤时，未能实现自动记录、自动判别裂纹及报警等功能。

(4) 轮对生产组装效率低，而影响轮对生产组装效率的重要环节是轮对选配。车轴加工过程中，车轴的轮座数据传递给立式机床后，车轮加工岗位才能进行车轮轮毂孔加工。车轮加工后传递到轮对预组装工序的长度有限，因此对车轮加工机床的工作时间存在制约。

(5) 轴承压装受人为因素及偶然因素影响较大，轮对推送及喷漆工序存在人工劳动强度大、污染环境的弊端。

(6) 缺乏设备检修自动诊断系统。现在很多站段设备管理系统相对落后,无法实时监控设备各部状态、工作参数，无法及时反馈和分析设备受环境、温度、操作、维修等因素影响下的数据，因此无法得出准确的闭环数据反馈，不能防患于未然。多数企业设备检修主要是依靠操作人员检修经验。

2 铁路车辆轮轴检修优化解决方案

针对目前铁路车辆轮轴检修现状，在实际工作中采用无人值守智能控制技术，能有效提高轮轴检修效率，减少设备操作人员数量，提升企业生产管理及经济效益。

2.1 轮对分解机无人值守改造

以西安东车辆段现有的轮对分解机为例说明。目前轮对分解后可自动将分解下来的车轮用机械手堆垛到车轮存放输送线上，分解后的车轴传递到车轴输送线上，可在现有基础上对分解机进行优化，实现轮对分解全过程无人值守。

(1) 增设轮对自动上料机构。目前上料为人工推轮上料方式，在轮对分解机前的地面轨道上增设轮对液压步进输送线，输送线的长度保证一次推动10～20条轮对。当轮对推入步进输送线后，由步进输送线自动输送至轮对分解机的轮对取送小车上料位置。为保证轮对在步进输送线轨道上滚动前进的准确性，可在轮对轨道的轮缘槽中填塞海绵橡胶，增加轮对阻力，确保轮对停止位置准确。

(2) 增设AGV小车。在轮对分解机前的地面轨道中间增加液压步进输送线后，增设轮对取送AGV小车。AGV小车采用伺服电机控制，高度小于300 mm，可自动识别轮对车轴位置，并将车轴拖至轮对分解机液压步进输送线位置，再由步进输送线为轮对分解机上料。该技术目前已经在某些车辆段成功使用。

2.2 车轴除锈、探伤工位无人值守改造

车轴除锈及传递现已实现无人值守自动联控模式，应在车轴磁粉探伤位置增设无人值守自动探伤功能，通过对既有车轴探伤机改造，增设高清摄像头和升级控制系统等,使其具有车轴自动探伤、自动识别裂纹、自动记录数据、裂纹自动报警、自动上下料等功能，从而实现车轴自动探伤无人值守[1]。

2.3 车轴加工无人值守优化方案

(1) 目前西安东车辆段车轴加工车床已具备无人值守加工功能，可进一步优化改进，提高效率。数控车轴机床上下料机械手是给机床的托架上下料，通过人工调节托架高度，尾座自动夹紧，完成不同轴型的加工。可优化改造为给机床顶尖上下料，将目前手动托架改造为自动调节液压托架，不同型号的车轴自动调整中心高度，自动对刀，自动加工，自动测量数据。

(2) 增设中央控制系统。实现机床上下料机械手与各机床、各机床相互之间联网即时通信、数据共享、统筹协调。在生产线侧设中央控制室，室内工作台上设3个屏幕，分别为录像监控屏幕、HOST监控屏幕、MES监控屏幕。(1) 录像监控屏幕。在生产线所有关键位置都设监控摄像头，全部集中在一个大屏幕显示出来，监控人员通过监控所有细节及时发现问题。(2) HOST监控屏幕。将各机床的PLC联网到中央控制室屏幕上，用平面布置图、立体图、动漫等方式将机床及上下料机械手的状态在屏幕上显示出来。在每台设备图标边上通过不同颜色将设备状态显示出来，设备所有问题通过下拉菜单的形式显示，将相关信息传递至机床操作者、维修人员、车间管理者的手持机上。机床操作者只负责首件检测、换刀等基本工作，一人可负责多台机床。(3) MES监控屏幕。生产线上的各手持机产生的各种信息、生产计划等全部集中到MES监控屏幕上，自动统计的报表自动上传给各手持机，可自动生成调度生产计划[2],也可通过各设备关键部位加装数据反馈线，将各设备各部参数实时监测反馈，通过中央控制系统统计分析，形成设备检修统计报表，自动生成检修计划，为设备检修提供科学准确依据。

2.4 车轴、车轮自动选配方式优化

轮对选配是影响轮对生产组装效率的重要环节。将目前基轴制加工方式优化为公差制。目前的车轴加工过程中，车轴的轮座数据传递给立式机床后，才能进行车轮轮毂孔加工，存在车轴、车轮相互等待问题，而车轮加工后传递到轮对预组装工序的输送线长度有限，也限制了立式机床的工作时间。因此，可利用西安东车辆段既有的车轮立体库实现车轴等级加工，即旧车轴按照4个等级，每级严格控制公差。立式机床只管按照生产计划加工车轮即可，全天工作，不需考虑顺序和选配，加工后的车轮全部存入立体库。轮对预组装时从立体库直接选配即可，实现了立体库自动选配，可在现有基础上将立式机床的整体效率提高约30%。

2.5 轴承压装无人值守改造

采用轮对横移输送线、轮对输送AGV技术，实现轮对从同温存放区到轮对轴颈自动测量机的自动输送以及轴颈自动测量机到轮对轴承压装工位的自动输送；采用由伺服驱动装置、控制系统等组成的六轴工业机器人[3]，实现轴承从轴承立体库到轴承压装位置的自动传递及自动上下料，同时对轴承压装机进行优化改造，与中央控制系统、六轴工业机器人联网，实现轴承自动压装。轴承自动压装技术已经在国外实现，在国内正在逐步推广。