一種智能工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計研究

馮娜娜，趙　慧

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州　450052)

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一種智能工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計研究

馮娜娜，趙慧

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州450052)

摘要：自主研發(fā)一種智能工藝轉(zhuǎn)向架，主體框架由大規(guī)格型鋼焊接而成，驅(qū)動裝置采用交流變頻電機，系統(tǒng)電源選用鋰電池，包含GPS模塊和WIFI模塊的嵌入式控制器將運行數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)，結(jié)合流水線智能終端，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架的智能化作業(yè)。

關(guān)鍵詞:工藝轉(zhuǎn)向架；機車維修；智能控制；組網(wǎng)技術(shù)

新一輪的技術(shù)競爭，促使中國制造向中國智造、中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變，尤其是處在最新技術(shù)應(yīng)用前沿的鐵路機車和軌道交通行業(yè)，生產(chǎn)物流逐漸成為關(guān)注的重點。其中，機車制造與檢修已廣泛采用流水線作業(yè)，并逐步向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。工藝轉(zhuǎn)向架作為重要的承載設(shè)備，不僅影響機車制造、檢修效率，而且對機車轉(zhuǎn)向架的安全快速替換起到無法替代的作用[1]。因此，在構(gòu)建機車數(shù)字化工廠的過程中，研制一種智能工藝轉(zhuǎn)向架就顯得格外重要。

1工藝轉(zhuǎn)向架的組成

工藝轉(zhuǎn)向架適用于各種和諧型大功率六軸交流傳動電力機車車體的承載，用于替換轉(zhuǎn)向架，完成車體在各工位間的移動。按驅(qū)動方式分為動力工藝轉(zhuǎn)向架和非動力工藝轉(zhuǎn)向架，可兩兩靈活成組使用，組成雙車動力、單車動力、無動力等型式。

針對機車車體輸送作業(yè)研制開發(fā)了ZD-63和WD-63兩種型號的工藝轉(zhuǎn)向架，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于機車車體輸送作業(yè)，如圖1、圖2所示。

圖1　ZD-63型動力型工藝轉(zhuǎn)向架

圖2　WD-63無動力型工藝轉(zhuǎn)向架

ZD-63動力型工藝轉(zhuǎn)向架由車體、驅(qū)動裝置、支撐結(jié)構(gòu)、電源裝置、控制器等部分組成。其中驅(qū)動裝置包括交流變頻電機、驅(qū)動控制裝置、減速機；電源裝置包括充電器、鋰電池及電池管理系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括控制器、聲光報警器、停車制動裝置及線控手柄[2]。WD-63無動力型工藝轉(zhuǎn)向架由車體、支撐結(jié)構(gòu)、非動力輪對組成。

1.1車體

車體由主體框架、驅(qū)動輪對、從對輪對、控制器安裝座、電源安裝座及連接裝置組成。主體框架采用大規(guī)格型鋼焊接而成，在框架內(nèi)還有四道橫梁和兩道縱梁加強。驅(qū)動輪對與從動輪對通過連接裝置固定在主體框架上。車體上設(shè)有驅(qū)動裝置、電源裝置的接口。

1.2驅(qū)動裝置

工藝轉(zhuǎn)向架驅(qū)動裝置由交流變頻電機、驅(qū)動控制裝置、減速機組成。交流變頻電機具備無級變速，溫度和速度反饋功能；減速機傳動采用最優(yōu)方案，正反轉(zhuǎn)平穩(wěn)無沖擊。驅(qū)動控制裝置具備直流逆變交流功能，輸出滿足低壓變頻電機要求，可通過控制接口進行控制，具備過載、過壓、低壓、過熱、故障保護功能。

1.3支撐結(jié)構(gòu)

工藝轉(zhuǎn)向架是通過支撐結(jié)構(gòu)與車體連接。支撐結(jié)構(gòu)采用了更適于承受超重載荷的箱型結(jié)構(gòu)，通過螺栓連接緊固在工藝轉(zhuǎn)向架主體上，可通過調(diào)節(jié)柔性支撐實現(xiàn)“對位精確且調(diào)整靈活、簡單、可靠”的要求。

1.4電源裝置

采用綠色環(huán)保的鋰電池作為系統(tǒng)電源，并配備充電機及電池管理系統(tǒng)。充電過程符合蓄電池充電標(biāo)準(zhǔn)，具備防過充、防過流等自我保護功能。

1.5控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，使用工業(yè)計算機，觸摸屏操作，輸入采用數(shù)字軟鍵盤，內(nèi)置12通道GPS接收模塊和WIFI無線通訊模塊，同時內(nèi)置電子羅盤輔助姿態(tài)測定，能夠滿足對工藝轉(zhuǎn)向架的控制要求。硬件抗干擾性強、防護等級高、性能穩(wěn)定可靠。布局結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，并具備環(huán)境溫度檢測及運行狀態(tài)監(jiān)控功能。

1.6接口協(xié)議

為了實現(xiàn)工藝轉(zhuǎn)向架的智能化控制，工藝轉(zhuǎn)向架的硬件接口采用FC接口以及802.11 g無線網(wǎng)卡，通過TCP/IP通信協(xié)議接入信息系統(tǒng)。

2工藝轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

2.1動力工藝轉(zhuǎn)向架

軌距：1 435 mm；

軸距：2 600 mm；

輪徑：800 mm；

電池容量：80 V，400 Ah，鋰電電池組；

充電電壓：AC380 V，50 Hz；

充電電流接口：40 A；

承載平臺高度：車鉤中心線距軌面高度870 mm；

載重：50 t；

最大運行速度：50 m/min(可調(diào))；

連續(xù)運行時間：≥3小時；

控制方式：程控(手持線控為輔)。

2.2非動力工藝轉(zhuǎn)向架

軌距：1 435 mm；

軸距：2 600 mm；

輪徑：800 mm；

承載平臺高度：車鉤中心線距軌面高度870 mm；

載重：50 t。

3組網(wǎng)控制系統(tǒng)

智能轉(zhuǎn)向架組網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計著眼于使用現(xiàn)代信息技術(shù)[3]，在流水生產(chǎn)線各作業(yè)工位上設(shè)置智能終端，通過中央控制系統(tǒng)對工藝轉(zhuǎn)向架進行控制和計算機管理，結(jié)合高精度無線電差分GPS定位技術(shù)以及寬帶無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實現(xiàn)對機車動態(tài)運行信息的實時跟蹤，實現(xiàn)智能化運輸作業(yè)。

本系統(tǒng)使用局部區(qū)域GPS差分技術(shù)，在數(shù)百米半徑內(nèi)提供無線電差分服務(wù)，定位精度為1 m。WIFI無線網(wǎng)絡(luò)與車間局域網(wǎng)互聯(lián)，以便中央控制計算機所發(fā)出的指令、請求等信息可立即經(jīng)由WIFI基站發(fā)送至各工藝轉(zhuǎn)向架車載終端。工位智能終端與中控機聯(lián)網(wǎng)，布于廠房的各作業(yè)信息控制點，每個點均有特定的和唯一的地址，該地址是工藝轉(zhuǎn)向架的目的地或起點。

作業(yè)時，工位智能終端向中央控制計算機發(fā)出指令，中控機經(jīng)過信息處理后，通過WIFI基站將指令傳輸給對應(yīng)的工藝轉(zhuǎn)向架車載終端，依據(jù)GPS定位技術(shù)將車體輸送至對應(yīng)工位。設(shè)計原理框圖如圖3所示。

圖3　設(shè)計原理框圖

4結(jié)語

在機車制造或檢修車間，電力機車車體與轉(zhuǎn)向架分離后，工藝轉(zhuǎn)向架作為替換轉(zhuǎn)向架的承載工具，起到了非常重要的作用。本文設(shè)計研發(fā)出一種新型智能工藝轉(zhuǎn)向架，并成功應(yīng)用于機車檢修基地，該研究結(jié)果對設(shè)計其他各類智能搬運設(shè)備有很強的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]李鵬程，熊禾根．基于AWE的工藝轉(zhuǎn)向架構(gòu)架優(yōu)化設(shè)計研究[J]．制造業(yè)自動化，2011,33(23):110-113.

[2]沈誼．可調(diào)整工藝轉(zhuǎn)向架托梁的應(yīng)用[J]．鐵道機車車輛工人，2010(1):4-6.

[3]王智勇,姬婧媛．AGV小車的控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]．桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2007(4):44-46.

[責(zé)任編輯：趙偉]

Design and Research on a Kind of Intelligent Process Bogie

FENG Nana, ZHAO Hui

(Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou 450052,China)

Abstract:This paper introduces a kind of intelligent process bogie, main frame is composed of large size steel welding, driving devices adopt AC variable-frequency motor, power system uses lithium batteries, the embedded controller including GPS module and WIFI module transmits data to the central control system, combining intelligent terminal of the assembly line, to achieve the intelligent operation of bogie.

Key words:process bogie; locomotive maintenance; intelligent control; networking technology

中圖分類號:U270.6+4

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號：1008-6811(2016)01-0026-03

作者簡介：馮娜娜(1982—)女，河北泊頭人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系講師。

收稿日期：2015-03-10