厂、段修转向架及轮轴检修工艺优化研究

学术论文科技创新与应用张继明 2018-04-16 14:57:29
    前言
    隨着煤炭产销量的不断增长,为了满足运输需求,国家能源集团企业自备车保有量也达到近五万辆,年均厂修到期数也由原来的两千多辆增加至五千多辆,原有的神木北车辆段已经不能满足检修需求,国家能源集团货车公司新建黄骅港车辆检修基地,货车转向架的厂修与段修在同一个区域平行作业的问题,由于厂、段修工艺流程不同,生产周期和节拍不同,给具体生产带来了一定的困难。
    1 转向架检修现状和利弊
    随着国家能源集团货车公司检修基地向集约化、规模化的转变,以前铁路货车日检修能力不足28辆,采用既有的直线流水线受检修工艺制约已不能满足现有生产。为提高转向架检修能力和不同类型转向架的兼容性,新建检修基地采用悬挂式环形流水线,设分解线两条,组装线一条,检修线一条,设置独立的转向架上、下线工位,根据检修工艺和工序灵活调整检修线快慢,日检修能力达到50辆,提高了生产效率,保障整体工艺布局顺畅和工序之间衔接合理,满足现场生产实际。
    2 货车转向架厂修与段修的差异
    货车转向架的厂修中,摇枕侧架需要分解成单个零件,并进行抛丸除锈、湿法探伤、翻转焊修、油漆烘干及后续的侧架立柱磨耗板检查更新、摇枕八字面磨耗板检查更新等工序,侧架承载鞍面偏磨大于0.5mm、磨耗大于2mm或支承面剩余高度小于2mm时堆焊后加工,恢复原型或加工后焊装磨耗板。侧架滑槽磨耗板需要更换新品,立柱磨耗板在超限时更换新品。段修中,摇枕侧架大部分不需要进行分解,仅进行正位检查、翻转检查和转向架焊修,极少部分需要交叉杆的分解、摇枕侧架的分解及单个零件的检查焊修。
轮对检修中,厂修轮轴的轴承须全部退卸,轴承未到使用时间或运行里程的需进行一般检修。而段修轴承退卸根据现场确认,不需全部退卸,因此,段修中存在退卸轴承的轮轴和不退卸轴承的轮轴。轮轴厂修时,根据检修限度和轮轴使用寿命,以及是否存在超限的裂纹需对厂修轮对100%退卸,而段修轮对仅35%左右的轮对需要进行退卸。旧轴工艺流程:轴杆除锈→车轴探伤→车轴测量→车轴车削→车轴磨削→车轴探伤→车轴测量。新轴工艺流程:车轴车削→车轴磨削→车轴探伤→车轴测量。
对车轮而言,退卸下来的车轮,因踏面和轮缘磨耗到限,其中90%更换新轮饼,不更换的旧轮饼比例较低,其加工工艺类似,均需对轮毂孔进行加工,并与车轴轮座进行选配。因加工余量的不同,旧轮仅需精镗,新轮需要粗车和精镗。
    轮对轴承的压装工艺方面,段修轮轴不退卸轴承比例高,不需要轴承压装,厂修的轮对须全部轴承压装,考虑工艺布局和效率差异,在布置工艺线时需要分开布置,采用三条压装线和一条关盖磨合线。轴承压装后轮轴油漆和自动测量相同。
    对制动梁而言,厂修中需要对制动梁整体进行抛丸除锈,并对制动梁的闸瓦托滑块根部、梁架圆弧根部和吊座焊接处进行湿法探伤,而段修不需要对制动梁进行整体抛丸除锈,仅对滑块根部进行湿法探伤。
    段修转向架的检修时间仅6.5-7小时,段修的数量较大,制动梁的检修节拍很短。厂修转向架检修周期一般4天,厂修制动梁的检修时间较长。另外,段修制动梁闸瓦托更换、立柱更换的比例及需要做制动梁拉力试验的较少。厂修的制动杠杆、拉杆等需要压力机进行退套,当制动杠杆的孔间距偏差大于3mm时进行修理,拉杆两内孔距偏差大于10mm时堵焊后加工圆销孔或更换。其上的孔需要扩孔加工,之后通过压力机进行镶套。段修仅需对其孔距进行测量,镶退套的比例较低。
    对交叉杆而言,厂修必须从转向架上分解下来进行抛丸除锈,分解下来的交叉杆还需要进行二次分解成单杆后进行湿法探伤,在全长范围内用样板检查交叉杆,弯曲、变形大于10mm时调修。焊缝开裂时清除裂纹后焊修。段修交叉杆大部分不分解,需要分解的进入段修悬挂线的慢线,交叉杆手工除锈后采用便携式探伤设备对交叉杆连接焊缝、压型处进行磁粉探伤,我们工艺布局上采用厂段共用,不仅提高了检修效率和作业质量,还提高了设备利用率。
    对承载鞍而言,厂修时,顶面局部磨耗大于1mm,偏磨大于0.5mm时加工,顶面厚度较原型减少量大于5mm时更换。段修顶面偏磨1.5mm时加工,磨耗大于5mm时更换。段修仅对承载鞍进行检查测量,一般不需修理,厂修承载鞍需除锈和油漆,考虑段修的流量和节拍要求,减少物流传输过程,所以工艺布局上采用厂段修分开。
    对弹簧而言,厂修时需要进行抛丸除锈,除锈后的表面清洁度须达到GB8923规定的Sa2级,局部不低于Sa1级。厂修弹簧需要浸漆烘干进行防锈处理,之后进行试压分选。而段修不需抛丸除锈,也没有浸漆烘干工艺。与厂修相同的是都有弹簧的试压分选工序。段修相对厂修而言,工序少,节拍快。
    转向架的厂段修检修工艺不同,既要考虑到相同点进行公用设计,又要考虑到不同点,这样既节约资源,又保证厂段修平行生产,互不影响。
    3 厂段修的综合设计
    3.1 厂修转向架解体的设计
    厂修转向架需要彻底分解,而段修转向架及交叉杆一般不用分解,因此,需要将厂修解体与段修解体分开设计。厂修转向架的分解可以采用地面链板式输送线,也可以采用空中悬挂线。地面线由于占用地面空间,为便于分解,地面线一般高于地面400mm,且每个工位需要旋转180度,旋转的动作一般采用手动机械式,此种方式的弊端比较多,现在已基本较少使用。目前,比较先进的是采用空中悬挂方式,转向架可以通过悬挂小车与轮对分离,小车带着转向架到达下一工位,按照承载鞍、弹簧分解→制动梁、制动配件分解→交叉杆分解→摇枕侧架分解小车通过上层轨道返回初始位置。工位间距4m,并在承载鞍弹簧解体工位、制动梁制动配件解体工位、交叉杆解体工位配置机械手将此类零件分解下来。空中小车具备升降、行走、旋转的功能,行走采用变频电机进行调速。
    3.2 段修转向架解体的设计
    由于转向架段修的节拍短,大约4-5分钟/台,因此,将转向架的分解、检查、检修、组装等布置在一条流水线上,目的是进行流水作业,节省时间,满足转向架段修的节拍需求。设计能力达到12000辆份/年,需要两条分解线,一条组装线,即一般设计成两收一支的形式。目前转向架段修线按照结构形式分,有三种形式,一种是输送链式的,整个段修线是由一个输送链进行传送,各个工位采用集放的形式,即可以随时停止,也可以随时输送。其动力的传送全部通过一条输送链进行,不管工位需不需要输送,输送链都需要运转,因此,其能耗相对较高,同时,当输送链出现故障,整条输送线就会停止,直接影响生产。另一种采用单臂小车形式,即采用小车输送转向架,小车的轨道采用单立柱支撑,采用滑触线供电的方式。此种方式避免了链条输送的缺点,即每个小车是一个单元,可以随时停止,运行,小车有问题时,可以将小车通过天车吊出输送线,不影响整条线的使用,能耗相对输送链形式而言要小一些,单臂式的输送线,由于结构为悬臂形式,转向架和小车的自重加起来达到8t,受力方式不是很合理,基础大,费用较高,轨道容易变形。优点是,立柱减少,地面的操作空间和零件存放空间较大。还有一种采用双立柱小车式,双立柱小车形式的输送线克服了输送链形式和单臂小车形式的缺点,既降低了能量消耗,又克服了单臂形式的受力不合理、费用较高的问题。
    双立柱小车式输送线一般设分解线两条,组装线一条,联络通过线三条,功能线按工艺流程布置工位,各工位间距按4m设置。检修线采用龙门式结构,通过连接梁组成封闭的环行转向架体,立柱采用方型钢管。工位设置应体现出各工位的工作专业化、明确化、准确化、信息录入简便化的思路,实现在各工位人工设定下一工位,按确认键后检修小车自动到达。实现精确定位,数据流与转向架在流水线作业的移动的同步显示,从转向架上线开始,精确提供该转向架在整个流水线中每一工位的定位信息。检修线各工位需能独立工作,不影响整体检修线的物流和正常检修作业。检修线配套多台多功能检修小车,每台检修小车自带动力,满足转向架检修过程中的抓取/放下、上升/下降、水平旋转,沿轨道运行等动作,可独立控制,上下件方便、定位合理准确、便于操作。检修小车在吊挂工件时,两吊钩能独立调整,结构简单并有自锁功能。工件在吊挂运行过程中允许误操作而不发生安全事故;提升机构采用带有自锁功能的螺旋传动机构,在突然断电、误操作等意外情况下不会发生安全事故,以保证作业安全,升降行程为1100mm,最低位及最高位能满足转向架大分解、大组装及各工位检修高度的要求;旋转角度为±180°,且采用变频调速技术,使定位精度能满足转向架大分解、大组装及工位检修定位的要求;检修小车走行动作应采用变频调速技术,使检修小车能够平稳启动、停止,其停车定位精度不大于±5mm,定位精度能满足转向架大分解、大组装及工位检修定位的要求。检修小车采用编码器进行走行位置定位,通过与地面操作台、主控制系统通讯自行进行防碰撞保护,同时具有机械、光电开关双重防碰撞保护。
    检修线能实现故障检修小车快速下线抢修和故障转向架快速下线检修,个别输送车因故障暂停运行或整个检修小车系统进行数量增减均不会对检修線系统的正常运行造成影响。检修小车既可在正常生产时和主控PLC协调运行,也可以在调试维修时脱离主控PLC,单独操作完成其全部功能动作。在检修线上检修小车需转向的工位,均采用空中旋转转盘。旋转转盘采用内齿式回转支承作为旋转、支撑装置,具有结构紧凑、刚性好等特点。旋转动作需采用变频调速技术,应能实现平缓启动、停止,满足检修小车行走轨道及安全滑触线的准确对接,其对接误差不大于±2mm。每个旋转转盘设有机械、电气双重保护装置。旋转转盘控制系统通过DP通讯总线与主控制PLC进行通讯,实现状态监控及智能调度。旋转转盘在旋转过程中对停放在上面的检修小车有互锁保护功能,在旋转过程中应允许误操作而不发生安全事故。各检修工位需设触摸屏,触摸屏采用图形化、中文、数字化的显示。可以进行小车动作及调度操作,显示检修小车自身的运行和故障信息,显示转向架生产检修信息,并可将本工位生产信息传输给主控PLC及上位机。检修线、旋转转盘、检修小车各系统各动作之间具有完善互锁保护,各个控制模块之间应进行自动连锁控制,能有效避免误操作导致的意外,系统能实时监控各执行机构的运行情况及负载状况,一旦执行机构动作有异常,迅速停止并报警。
    检修线的控制系统应完全按照当前世界最先进的模式进行开发,采用自动化理念进行整体方案设计,确保控制系统的先进性、高效性、可靠性及稳定性。检修线的主控系统采用中大型PLC作为主控制器,检修小车采用小型PLC控制器,主控制器与检修小车控制器采用总线进行通讯。总线通讯信号通过导轨放大器经由滑触线进行传输,通讯稳定可靠。检修小车可实现智能调度运行。调度功能可采用图形化界面进行操作,从工位触摸屏上选择运行目的工位,系统自动判断物流通道、快速连接通道的运行状况并自动选择最佳的运行线路,同时系统自动协调旋转转盘等执行机构动作和协调其他检修小车的运行,以最快效率运行到设定工位位置。系统配置主控制计算机,主控制计算机采用图形化界面对输送线及检修小车运行状态进行监控。可汇总各工位生产信息,进行实时的生产信息追踪查询,自动生成检修信息报表,并能对检修数据进行存储、查询、打印。具有与上级数据库信息系统通讯接口,数据库的规范符合HMIS2.0数据规范的接口数据,形成的转向架流水线检修数据具有历史可追溯性。检修小车吊具体前段设置有接近开关,确保吊钩吊装到位才能够起吊;吊具体吊钩张合马达减速器扭矩选择上确保在吊挂工件后误操作不会张开使工件掉落。悬挂检修小车必须采用心盘夹紧机构,具备自锁功能。其中需配置检修小车:26台;旋转转盘:6套;转向架检修下线通过能力:平均4分钟/个;检修小车总功率:7.9kW;检修小车行走速度: 10m/min;检修小车起升速度:3.2m/min;检修小车升降行程:1100mm;工位数:45工位。
    段修线上设置转向架与轮对分解工位、承载鞍分解工位、转向架清洗工位、转向架控水翻转工位、横跨梁杠杆拉杆分解工位、制动梁分解工位、弹簧斜楔分解工位、正位检查工位、转向架翻转检查工位、焊修工位、正位预检测工位、转盘工位、不分解交叉杆焊修工位、交叉杆分解工位、侧架分解焊修工位、转盘工位、交叉杆组装工位、正位检查工位、滑槽磨耗板更换工位、弹簧斜楔组装工位、制动梁组装工位、横跨梁杠杆拉杆组装工位、承载鞍组装工位、转向架轮对落成工位。其中预留几个工位可以适应不同状态的转向架以及不同的段修转向架生产量。
    3.3 轮对检修线的设计
    考虑厂修轮轴的轴承须全部退卸,而段修轮轴退卸量较小,采用厂段修轮轴收入检查作业共用,厂修车收入轮轴符合段修轮轴要求的优先判定为段修轮轴,厂段修双头退卸的轮轴向厂修支,减少了轮轴的退卸量,节约了生产成本;轮轴检修流水线和轮轴压装流水线既能独立分开,又考虑共用,保证厂段修轮轴生产不交叉,且生产能力互补。
    3.3.1 厂修轮对检修线的设计
    厂修轮对检修线按照轴承必须全部退卸的工艺进行设计。其工艺流程为:轴承前盖外圈除锈→轮对轴承确检→前盖分解→轴承退卸→轮对清洗除锈→轮对测量→轮对磁粉探伤→轮对超声波探伤→轮对复探→不退卸轮对踏面加工→轴颈测量→轴承选配→轴承压装→前盖组装→磨合试验→轮对油漆→轮对交验。
    轮对分解旧车轴检修工艺流程(轮厂)为:轮对退卸→轴杆除锈→车轴测量→车轴磁粉探伤→车轴车削→车轴磨削→车轴磁粉探伤→车轴测量→轮对压装→轴端打号→轮对超探→轮对测量→轮对进入轴承压装间。
    轮对分解新车轴检修工艺流程(轮厂)为:车轴粗车→车轴精车→车轴磨削→车轴磁粉探伤→车轴测量→轮对压装→轴端打号→轮对超探→轮对测量→轮对进入轴承压装间。
    轮对分解新车轮检修工艺流程(轮厂)为:车轮粗车→车轮精车→轮对压装→轴端打号→轮对超探→轮对测量→轮对进入轴承压装间。
    旧车轮仅需精车,即可根据过盈量进行轮对压装。
    3.3.2 段修轮对检修线的设计
    段修轮对检修线按照轴承不需全部退卸的工艺进行设计。其工艺流程与厂修的不同:轮对测量工序布置在轴承退卸工序的前面,其余工艺流程与厂修一致,因此可以与厂修共用一部分工艺。在轴承压装方面,由于段修轴承多数不用退卸,因此,在轴承压装间需要布置一条不含轴承压装工序的检修线。
    转向架组装工艺线的设计,由于厂修转向架与段修转向架的检修周期不同,在段修工艺中,将转向架的分解、检查、检修与组装集中在一条线里面,并采用并行或串行双工位的形式满足节拍需求,而厂修里面需要将转向架组装线单独布置在一个区域里。
    目前转向架厂修组装线的结构形式主要有地面链板式组装线、地面小车式组装线、悬臂式组装线、龙门式组装线。其中,地面链板式输送线是较早出现结构形式,地面线链板式输送线的缺点是占用地面空间,为便于分解,地面线一般高于地面400mm,且每个工位需要旋转180度,旋转的动作一般采用手动机械式,此种方式的弊端比较多,现在已基本较少使用。地面小车式一般采用7工位(根据生产纲领可以灵活设置)6小车的方式,采用协同步进方式,即小车在两个工位之间来回行走,完成从一个工位到下一工位的流水。在每个工位处设置固定升降机构,支撑转向架中的侧架导框支撑面,完成转向架与小车的分离,该流水线的缺点:由于各个工序的工时不同,工序之间要等待,只有全部工序完成了才能步调一致的移动,同时,由于转向架轴距的变化,侧架导框支撑面的中心距不同,工位上的支撑装置需要做成柔性可调整的结构,结构较复杂。悬臂式组装线是通过悬臂上的可移动小车将转向架从一个工位移动到下一个工位,可以三工位用一个悬臂小车,有一定的灵活性,但由于悬臂结构受力不合理,基础费用高,轨道存在变形的可能。目前,較为合理的是采用龙门式转向架组装线。可以采用三个工位一个小车,地面工位为固定是结构,可以旋转180度,使用中有一定的灵活性,地面工人操作较为方便。
    4 结束语
    转向架厂段修综合设计除考虑其检修的共同点和不同点以外,还要考虑总平面图的布置,服从货车整体厂段修整体工艺流程。在厂段修综合设计中,既要考虑资源的节约,又要考虑共同使用互不影响,工艺流程顺畅,工艺路线最短,工艺设备适应性强。做到综合统筹考虑,以使方案达到最佳。
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