無(wú)人值守技術(shù)在鐵路車輛輪軸檢修中的應(yīng)用與研究

李 偉，祁書慧

(中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司 西安東車輛段，陜西 西安 710608)

隨著我國(guó)工業(yè)和信息化水平的高速發(fā)展，人工智能、5G、工業(yè)機(jī)器人等已然成為當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人、無(wú)人值守技術(shù)的日趨成熟與發(fā)展將對(duì)鐵路車輛輪軸檢修行業(yè)乃至整個(gè)鐵路行業(yè)產(chǎn)生歷史性的推動(dòng)作用。

1 鐵路車輛輪軸檢修存在的問題

(1) 鐵路車輛輪軸檢修多數(shù)環(huán)節(jié)主要是依靠設(shè)備完成，而設(shè)備均是依靠人員操作控制，需要的操作人員較多，檢修的質(zhì)量、安全、效率受人為因素及偶然因素影響較大，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。

(2) 檢修線上車輪的傳遞主要依靠人力推動(dòng)，效率較低且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在人身安全隱患。

(3) 車軸進(jìn)行除銹和探傷時(shí)，未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、自動(dòng)判別裂紋及報(bào)警等功能。

(4) 輪對(duì)生產(chǎn)組裝效率低，而影響輪對(duì)生產(chǎn)組裝效率的重要環(huán)節(jié)是輪對(duì)選配。車軸加工過程中，車軸的輪座數(shù)據(jù)傳遞給立式機(jī)床后，車輪加工崗位才能進(jìn)行車輪輪轂孔加工。車輪加工后傳遞到輪對(duì)預(yù)組裝工序的長(zhǎng)度有限，因此對(duì)車輪加工機(jī)床的工作時(shí)間存在制約。

(5) 軸承壓裝受人為因素及偶然因素影響較大，輪對(duì)推送及噴漆工序存在人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染環(huán)境的弊端。

(6) 缺乏設(shè)備檢修自動(dòng)診斷系統(tǒng)?，F(xiàn)在很多站段設(shè)備管理系統(tǒng)相對(duì)落后,無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備各部狀態(tài)、工作參數(shù)，無(wú)法及時(shí)反饋和分析設(shè)備受環(huán)境、溫度、操作、維修等因素影響下的數(shù)據(jù)，因此無(wú)法得出準(zhǔn)確的閉環(huán)數(shù)據(jù)反饋，不能防患于未然。多數(shù)企業(yè)設(shè)備檢修主要是依靠操作人員檢修經(jīng)驗(yàn)。

2 鐵路車輛輪軸檢修優(yōu)化解決方案

針對(duì)目前鐵路車輛輪軸檢修現(xiàn)狀，在實(shí)際工作中采用無(wú)人值守智能控制技術(shù)，能有效提高輪軸檢修效率，減少設(shè)備操作人員數(shù)量，提升企業(yè)生產(chǎn)管理及經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 輪對(duì)分解機(jī)無(wú)人值守改造

以西安東車輛段現(xiàn)有的輪對(duì)分解機(jī)為例說明。目前輪對(duì)分解后可自動(dòng)將分解下來的車輪用機(jī)械手堆垛到車輪存放輸送線上，分解后的車軸傳遞到車軸輸送線上，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)分解機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)分解全過程無(wú)人值守。

(1) 增設(shè)輪對(duì)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)。目前上料為人工推輪上料方式，在輪對(duì)分解機(jī)前的地面軌道上增設(shè)輪對(duì)液壓步進(jìn)輸送線，輸送線的長(zhǎng)度保證一次推動(dòng)10～20條輪對(duì)。當(dāng)輪對(duì)推入步進(jìn)輸送線后，由步進(jìn)輸送線自動(dòng)輸送至輪對(duì)分解機(jī)的輪對(duì)取送小車上料位置。為保證輪對(duì)在步進(jìn)輸送線軌道上滾動(dòng)前進(jìn)的準(zhǔn)確性，可在輪對(duì)軌道的輪緣槽中填塞海綿橡膠，增加輪對(duì)阻力，確保輪對(duì)停止位置準(zhǔn)確。

(2) 增設(shè)AGV小車。在輪對(duì)分解機(jī)前的地面軌道中間增加液壓步進(jìn)輸送線后，增設(shè)輪對(duì)取送AGV小車。AGV小車采用伺服電機(jī)控制，高度小于300 mm，可自動(dòng)識(shí)別輪對(duì)車軸位置，并將車軸拖至輪對(duì)分解機(jī)液壓步進(jìn)輸送線位置，再由步進(jìn)輸送線為輪對(duì)分解機(jī)上料。該技術(shù)目前已經(jīng)在某些車輛段成功使用。

2.2 車軸除銹、探傷工位無(wú)人值守改造

車軸除銹及傳遞現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)聯(lián)控模式，應(yīng)在車軸磁粉探傷位置增設(shè)無(wú)人值守自動(dòng)探傷功能，通過對(duì)既有車軸探傷機(jī)改造，增設(shè)高清攝像頭和升級(jí)控制系統(tǒng)等,使其具有車軸自動(dòng)探傷、自動(dòng)識(shí)別裂紋、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、裂紋自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)上下料等功能，從而實(shí)現(xiàn)車軸自動(dòng)探傷無(wú)人值守[1]。

2.3 車軸加工無(wú)人值守優(yōu)化方案

(1) 目前西安東車輛段車軸加工車床已具備無(wú)人值守加工功能，可進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，提高效率。數(shù)控車軸機(jī)床上下料機(jī)械手是給機(jī)床的托架上下料，通過人工調(diào)節(jié)托架高度，尾座自動(dòng)夾緊，完成不同軸型的加工?？蓛?yōu)化改造為給機(jī)床頂尖上下料，將目前手動(dòng)托架改造為自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓托架，不同型號(hào)的車軸自動(dòng)調(diào)整中心高度，自動(dòng)對(duì)刀，自動(dòng)加工，自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)。

(2) 增設(shè)中央控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)床上下料機(jī)械手與各機(jī)床、各機(jī)床相互之間聯(lián)網(wǎng)即時(shí)通信、數(shù)據(jù)共享、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。在生產(chǎn)線側(cè)設(shè)中央控制室，室內(nèi)工作臺(tái)上設(shè)3個(gè)屏幕，分別為錄像監(jiān)控屏幕、HOST監(jiān)控屏幕、MES監(jiān)控屏幕。(1) 錄像監(jiān)控屏幕。在生產(chǎn)線所有關(guān)鍵位置都設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭，全部集中在一個(gè)大屏幕顯示出來，監(jiān)控人員通過監(jiān)控所有細(xì)節(jié)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。(2) HOST監(jiān)控屏幕。將各機(jī)床的PLC聯(lián)網(wǎng)到中央控制室屏幕上，用平面布置圖、立體圖、動(dòng)漫等方式將機(jī)床及上下料機(jī)械手的狀態(tài)在屏幕上顯示出來。在每臺(tái)設(shè)備圖標(biāo)邊上通過不同顏色將設(shè)備狀態(tài)顯示出來，設(shè)備所有問題通過下拉菜單的形式顯示，將相關(guān)信息傳遞至機(jī)床操作者、維修人員、車間管理者的手持機(jī)上。機(jī)床操作者只負(fù)責(zé)首件檢測(cè)、換刀等基本工作，一人可負(fù)責(zé)多臺(tái)機(jī)床。(3) MES監(jiān)控屏幕。生產(chǎn)線上的各手持機(jī)產(chǎn)生的各種信息、生產(chǎn)計(jì)劃等全部集中到MES監(jiān)控屏幕上，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)的報(bào)表自動(dòng)上傳給各手持機(jī)，可自動(dòng)生成調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃[2],也可通過各設(shè)備關(guān)鍵部位加裝數(shù)據(jù)反饋線，將各設(shè)備各部參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋，通過中央控制系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，形成設(shè)備檢修統(tǒng)計(jì)報(bào)表，自動(dòng)生成檢修計(jì)劃，為設(shè)備檢修提供科學(xué)準(zhǔn)確依據(jù)。

2.4 車軸、車輪自動(dòng)選配方式優(yōu)化

輪對(duì)選配是影響輪對(duì)生產(chǎn)組裝效率的重要環(huán)節(jié)。將目前基軸制加工方式優(yōu)化為公差制。目前的車軸加工過程中，車軸的輪座數(shù)據(jù)傳遞給立式機(jī)床后，才能進(jìn)行車輪輪轂孔加工，存在車軸、車輪相互等待問題，而車輪加工后傳遞到輪對(duì)預(yù)組裝工序的輸送線長(zhǎng)度有限，也限制了立式機(jī)床的工作時(shí)間。因此，可利用西安東車輛段既有的車輪立體庫(kù)實(shí)現(xiàn)車軸等級(jí)加工，即舊車軸按照4個(gè)等級(jí)，每級(jí)嚴(yán)格控制公差。立式機(jī)床只管按照生產(chǎn)計(jì)劃加工車輪即可，全天工作，不需考慮順序和選配，加工后的車輪全部存入立體庫(kù)。輪對(duì)預(yù)組裝時(shí)從立體庫(kù)直接選配即可，實(shí)現(xiàn)了立體庫(kù)自動(dòng)選配，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將立式機(jī)床的整體效率提高約30%。

2.5 軸承壓裝無(wú)人值守改造

采用輪對(duì)橫移輸送線、輪對(duì)輸送AGV技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)從同溫存放區(qū)到輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)輸送以及軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)到輪對(duì)軸承壓裝工位的自動(dòng)輸送；采用由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等組成的六軸工業(yè)機(jī)器人[3]，實(shí)現(xiàn)軸承從軸承立體庫(kù)到軸承壓裝位置的自動(dòng)傳遞及自動(dòng)上下料，同時(shí)對(duì)軸承壓裝機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，與中央控制系統(tǒng)、六軸工業(yè)機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)軸承自動(dòng)壓裝。軸承自動(dòng)壓裝技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外實(shí)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)正在逐步推廣。

2.6 軸端螺栓緊固

軸端前蓋的安裝及螺栓緊固采用六軸工業(yè)機(jī)械人，并將軸端智能扳機(jī)與中央控制系統(tǒng)、六軸工業(yè)機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)軸端螺栓自動(dòng)緊固。軸端螺栓緊固后輪對(duì)輸送采用AGV小車，將車輪準(zhǔn)確傳遞至下一工位。

2.7 軸承磨合

軸承磨合實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守需更換新型自動(dòng)輪對(duì)磨合設(shè)備，目前已有成熟設(shè)備，該設(shè)備具備輪對(duì)自動(dòng)上下料、自動(dòng)磨合、試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄等。

2.8 輪對(duì)噴漆

輪對(duì)噴漆目前為人工噴漆方式，存在人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染環(huán)境等弊端。增設(shè)新型節(jié)能環(huán)保自動(dòng)噴漆設(shè)備，改進(jìn)后車輪噴漆采用封閉式結(jié)構(gòu)，采用六軸工業(yè)機(jī)械人進(jìn)行自動(dòng)噴漆。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)鐵路車輛輪軸檢修工藝線進(jìn)行無(wú)人值守優(yōu)化改造后，大大提升了檢修效率，減少了作業(yè)人員數(shù)量，同時(shí)保障了鐵路車輛輪軸檢修質(zhì)量，降低了輪軸故障發(fā)生率，提升了鐵路企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理水平，對(duì)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有積極意義。