一种用于铁路车辆承载鞍检测系统的研发

一种用于铁路车辆承载鞍检测系统的研发

杜彪李春林刘瑞军

（神华铁路货车运输有限责任公司榆林车辆维修分公司陕西榆林719316）

摘要：本文介绍了一种铁路货车检修承载鞍检测系统。该系统主要对铁路车辆配件承载鞍顶面厚度，顶面、导框挡边内侧、导框地面、鞍面径向（半径）和推力挡肩宽度的磨耗进行测量，以保证磨耗在规程要求范围内。系统分三部分，上下料机械手部分，测量装置部分，控制部分。其中，上下料机械手部分主要将承载鞍通过机械手抓取的方式自动运送到检测系统位置，检测完成以后，自动抓取到制定合格位置；测量装置部分主要是通过传感器进行对承载鞍要求的检测位置进行测量，并将数据与标准样件数据进行对比，已达到检测要求；控制部分主要是数据计算、处理、以及进行数据管理。利用上述三个系统，对于承载鞍的检测能达到规程要求，满足现场使用。

关键词：承载鞍检测系统；上下料机械手；测量装置；控制

1研究背景

随着重载高速铁路货车的快速发展，相关的检修工艺水平和检修设备要求也越来越高。承载鞍是货车转向架的重要组成部分，尺寸或磨耗超标的承载鞍会严重影响行车安全，铁路检修工艺规定货车厂、段修中承载鞍每件必检，因此承载鞍的测量是转向架检修过程中的重要环节。

当前，主要有K2、K4、K5、K6等类型承载鞍在大量使用，各型承载鞍的尺寸不同，形状各异。根据《铁路货车段修规程》和《铁路货车厂修规程》规定承载鞍检查时应检查其顶面厚度，顶面、导框挡边内侧、导框地面、鞍面径向（半径）和推力挡肩宽度的磨耗。

行业内现在基本上的还是采用手工检测的方式进行，但手工检测存在一系列不足，这检测方法在承载鞍的检修过程中往往导致2个承载鞍支面的平行度无法计算，而同一侧的2个支面是支撑座组对时的重要基准面，它关系到支撑座组对后其内侧保持环面相对于侧架承载鞍支面的垂直度问题，也直接影响到交叉杆在运行中的受力，对车辆的动力学性能具有一定影响。手工测量存在检测作业繁琐，数据准确度不高，难于检测形位公差，并且检测数据不便于记录等问题。

因此，通过对工艺进行充分调研，紧密结合铁路货车检修现场实际和工艺要求，立足先进设计理念，整合各项检测技术方法，进行优化设计，研制出适用性好，通用性强的承载鞍自动检测设备，配合检测前后工件传输系统，组成一条部件检测分支作业线，与转向架主流水线匹配。

2研究内容

（1）承载鞍自动检测机主机设计，研制承载鞍自动检测机

完成情况：承载鞍自动检测机主机采用框架式结构设计，包括主机架和检测台架。框架结构跨装在承载鞍传输线上，便于进行在线测量。在主机架上设计布置两台机械手，一台机械手为上料机械手，一台机械手为辅助测量及下料机械手；机械手具有走行、升降、卡紧松开执行机构。机械手走行装置采用步进电机进行驱动，利用齿轮齿条进行走行，并采用双直线导轨上进行导向，运行平稳、快速。升降装置和卡紧松开装置均采用气缸进行驱动。

图1承载鞍自动检测机示意图

承载鞍自动检测机在承载鞍传输线上设置有承载鞍阻挡装置，承载鞍运行到阻挡装置时，光电传感器自动感应并停止输送线传输。上料机械手根据不同的承载鞍类型自动运行到取料位，下降、卡紧，取到承载鞍，提升并把承载鞍输送到检测台上。检测台上的接触式位移传感器对承载鞍进行检测，然后上料机械手回到起始位，准备取下一个承载鞍。上料机械手离开检测台后，辅助测量及下料机械手运行到检测台，辅助测量及下料机械手下部安装有激光位移传感器、用于对承载鞍顶面参数及形位进行测量，测量完毕后，辅助测量及下料机械手把承载鞍传输到承载鞍传输线的下料端，传输线继续运行。

（2）承载鞍测量系统设计

检测精度达到，顶面偏磨、顶鞍厚度：0.1mm；导框挡边内侧磨耗、导框地面磨耗、推力挡肩磨耗：0.2mm；鞍面直径：0.1mm

对于导框挡边内侧磨耗、导框地面磨耗、推力挡肩磨耗等参数，选取小巧、精度高的接触式位移传感器进行测量，传感器采用差动变压器式的位移传感器，利用气缸进行驱动；对于鞍面参数，也采用两支小巧的差动式位移传感器，利用步进电机进行驱动；对于顶面及其形位参数，采用高精度激光位移传感器进行测量。差动式位移传感器安装在检测台上，激光位移传感器安装在辅助测量机械手下方。

图2承载鞍自动检测机检测台示意图

经过测试各项数据能够满足顶面偏磨、顶鞍厚度：0.1mm；导框挡边内侧磨耗、导框地面磨耗、推力挡肩磨耗：0.2mm；鞍面直径：0.1mm。

（3）承载鞍检测机控制系统设计

承载鞍检测机采用上位机和下位机组合的方式进行控制。上位机采用工业一体化平板计算机，用于进行数据计算、处理、以及进行数据管理等，同时提供优异的人机交互界面。下位机采用PLC可编程逻辑控制器，用于进行现场执行机构控制、传感器测量驱动控制等。另外控制系统还包括传感器数据采集系统、微型打印机等。

3使用效果

通过试验研究、实施及现场投入运用，极大地改善承载鞍检测过程中的人工测量问题。通过自动检测设备，减低现场作业人员的劳动强度，提高作业效率，减少不合格率，降低返工成本，确保车辆检修作业品质，从而提高货车的行车安全，降低车辆检修维护成本，实现综合经济效益性最大化，具有良好的社会、经济效益。

承载鞍检测机设备的投入使用，节约人力成本2-3人，同时减少返修以及不合格品率，每年节约成本合计20-25万元。

4结论

承载鞍检测一直是困扰铁路车辆制动零部件检修过程中的阻力点，是该检修工艺过程中的痛点，解决好这个痛点，规范化了该终端点的标准化作业，极大提高现场管理和整体检修工艺水准，为今后的检修工艺整体的信息化、自动化、网络化等现代科技手段的介入奠定了可靠地现实基础。

参考文献：

[1]TG/CL110-2011中华人民共和国铁道部铁路货车厂修规程[S].

[2]TG/CL110-2012中华人民共和国铁道部铁路货车段修规程.

[3]杨为民王会杰．CZA—Ⅱ型承载鞍自动测量机[J].铁道车辆，2005

[4]赵瑞.承载鞍尺寸自动测量机测量数据不准确原因分析及对策．上海铁道科技，2014.