雙層輪對(duì)立體存放庫技術(shù)方案的設(shè)計(jì)研究

沈榮杰

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司，河北 滄州 062300）

1 問題的提出

機(jī)車輪對(duì)具有輪徑尺寸大、種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。機(jī)車檢修運(yùn)用部門所儲(chǔ)存的機(jī)車輪對(duì)絕大部分放置在地面或鋼軌上。當(dāng)儲(chǔ)存的機(jī)車備用輪對(duì)數(shù)量較多時(shí)，因占地面積大，擠占大量生產(chǎn)作業(yè)空間，對(duì)生產(chǎn)單位現(xiàn)場管理造成了諸多不便。

采用智能堆垛式立體庫存放方式，需建造專門的廠房進(jìn)行安裝，造價(jià)高昂，輪對(duì)移動(dòng)或取出需堆垛機(jī)等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行輸送，機(jī)電設(shè)備需專人維護(hù)保管，消耗電能，一旦發(fā)生故障即無法使用。

本方案是由三列結(jié)構(gòu)相同的雙層輪對(duì)存放裝置組成，用于標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車輪對(duì)的存放（如SS4、HXD1、HXD3等），也可用于各種標(biāo)準(zhǔn)軌距的車輛、地鐵輪對(duì)的存放，非常適合機(jī)車檢修單位現(xiàn)場使用。存放數(shù)量可以按用戶需要進(jìn)行定制，所存放的輪對(duì)可帶有軸箱和抱軸箱，每條輪對(duì)重約4噸，每條輪對(duì)均可單獨(dú)吊運(yùn)取出。

圖1 輪對(duì)存放庫總體布局圖

2 技術(shù)方案

根據(jù)用戶需求及現(xiàn)場安裝條件，輪對(duì)立體存放庫設(shè)計(jì)方案如下。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場條件，輪對(duì)存放庫設(shè)計(jì)為兩層立體存放，三列縱向布置。輪對(duì)存放方式為上下兩層。下層為固定式存放，每列共存放18條；上層為8個(gè)可活動(dòng)的存輪小車，每個(gè)小車存放2條輪對(duì)，共存放16條輪對(duì)，空余兩個(gè)輪位，用于吊出下方輪對(duì)。

輪對(duì)立體存放庫總長24m，寬11m，可容納102條輪對(duì)的存放需求。本裝置最外側(cè)有送輪軌道，通向生產(chǎn)場所；吊出的輪對(duì)可經(jīng)由軌道推送至生產(chǎn)場所，也可就地進(jìn)行轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與輪對(duì)的組裝。

2.2 底架鋼結(jié)構(gòu)及軌道梁

存放庫底架以工字鋼立柱支撐，左右立柱頂端各安裝一個(gè)軌道梁?？紤]到強(qiáng)度和穩(wěn)定性，軌道梁采用工字鋼結(jié)構(gòu)，并沿縱向布置多個(gè)筋板，增強(qiáng)了承重能力。軌道梁上部導(dǎo)軌面整體加工成型，便于活動(dòng)小車滾輪在上面進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。

2.3 上層活動(dòng)小車

軌道梁上層放置多個(gè)活動(dòng)小車，每個(gè)活動(dòng)小車可存放2條輪對(duì)，小車自重884kg，輪對(duì)自重4400kg。下層輪對(duì)與活動(dòng)小車垂直方向有80mm間距，上層活動(dòng)小車可在軌道梁上自由移動(dòng)。小車左右兩側(cè)安裝20個(gè)帶螺栓的滾輪滾針軸承，間距200mm，便于小車前后移動(dòng)。小車下方懸掛推力氣缸，氣缸活塞桿移動(dòng)方向靠換向閥控制。推力氣缸采用φ120mm標(biāo)準(zhǔn)氣缸，在(0.4～0.6)MPa工作氣壓下可提供2100N的推力，大于活動(dòng)小車軸承在軌道梁上的的滾動(dòng)摩擦阻力，計(jì)算過程如下：

推力氣缸提供的驅(qū)動(dòng)力施加在滾輪軸承上的力矩M’=F·r，其中 F=2100N，滾輪半徑 r=40mm，M’=F·r=84 N.m。

滾動(dòng)摩擦力矩M=σ·Fn，式中正壓力Fn=(4400×2+884)×9.8=94903N，滾動(dòng)摩擦阻力系數(shù)σ取0.05cm，則M=σ·Fn=0.05×94903/100=47.45 N.m。

2.4 運(yùn)輸與安裝

輪對(duì)存放庫體型大，整體運(yùn)輸較為困難，因此，采用分步制造的方式。制造加工時(shí)在制造廠進(jìn)行焊接、加工和組裝后，分段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行安裝。立柱與地面采用地腳螺栓進(jìn)行聯(lián)接固定，整個(gè)輪對(duì)存放庫安裝完畢后，進(jìn)行外觀處理。

2.5 輪對(duì)存取方式

存放庫上層輪對(duì)可直接用天車吊取。下層輪對(duì)吊取時(shí)，用壓縮空氣將氣缸活塞桿推出2m距離或用手推動(dòng)小車，小車兩側(cè)的滾輪在軌道梁上滾動(dòng)，將小車從原位置移開，小車移開的空間最大可達(dá)2.4m，足以取出下層輪對(duì)。

圖2 輪對(duì)吊取示意圖

3 輪對(duì)存放庫結(jié)構(gòu)計(jì)算

本裝置整體為鋼結(jié)構(gòu)組成，單列底架及活動(dòng)小車承載總重70.4噸，底架、軌道梁、上層活動(dòng)小車框架承載強(qiáng)度及變形量需經(jīng)有限元分析計(jì)算。經(jīng)分析計(jì)算，下層底架的最大應(yīng)力小于150MPa，變形量為0.80mm?；顒?dòng)小車框架最大應(yīng)力220MPa，變形量為1.06mm。整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用有限元分析進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，剛度、強(qiáng)度均滿足鋼結(jié)構(gòu)承載要求。

圖3 活動(dòng)小車框架有限元計(jì)算圖（整體應(yīng)力及位移）

4 輪對(duì)標(biāo)識(shí)信息

輪對(duì)立體庫每個(gè)存輪位按排列位置編號(hào)，每條輪對(duì)外側(cè)懸掛標(biāo)簽卡，記錄輪對(duì)信息，包括位置編號(hào)、機(jī)車型號(hào)、輪對(duì)組裝年月、制造單位、車軸編號(hào)、收入時(shí)間等信息，也可采用二維碼記錄以上信息。輪對(duì)立體庫配置微機(jī)、平板電腦，用于現(xiàn)場記錄輪對(duì)信息，便于管理查詢。

5 結(jié)語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①本裝置取用輪對(duì)方便，堅(jiān)固可靠，能大量節(jié)約輪對(duì)存放場地空間。本裝置在現(xiàn)有車間廠房內(nèi)安裝，與生產(chǎn)場所相鄰，取用方便；移動(dòng)輪對(duì)所用氣缸的氣源與車間既有壓縮空氣管路相連接，不必另行安裝空壓機(jī)房。

②本裝置可用于各種車型標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車輪對(duì)的雙層立體存放，也可用于車輛、地鐵輪對(duì)的立體存放。所存放輪對(duì)可以帶有軸箱、抱軸箱等配件，單條輪對(duì)設(shè)計(jì)存放質(zhì)量可達(dá)4400kg。每個(gè)輪對(duì)存儲(chǔ)位置完全固定，可進(jìn)行唯一性編號(hào)，便于進(jìn)行信息化管理。

本裝置既適用于大型輪對(duì)存放庫，也可在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝用于小批量輪對(duì)存取，安裝靈活，維護(hù)方便，還可根據(jù)需要進(jìn)行后期擴(kuò)展，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于提高生產(chǎn)現(xiàn)場場地利用率、方便操作有顯著的效果，經(jīng)安裝應(yīng)用驗(yàn)證，收到了良好的效果。