鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機的設計與應用

沈 軍

（中鐵物總資源科技有限公司，合肥 230601）

隨著鐵路的高速發(fā)展，具有相當規(guī)模的鐵路貨車進入報廢期。有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，全路每年有超過21 000輛貨車需要報廢處置。報廢的鐵路貨車通常經(jīng)過拆解處置，按照分級分類再利用原則對不同零部件進行修復處理，其中不能繼續(xù)使用的按照廢鋼銷售[1]。在廢舊貨車拆解生產(chǎn)線中，底架翻轉(zhuǎn)是關(guān)鍵工序之一。鐵路貨車底架結(jié)構(gòu)具有特殊性，上部是平板結(jié)構(gòu)，支撐貨車車廂，下部是型鋼結(jié)構(gòu)并和轉(zhuǎn)向架配合。從上部拆解底架工藝實現(xiàn)較困難，需將其翻轉(zhuǎn)180°進行拆解。

過去在戶外拆解場地進行鐵路貨車拆解時，底架常常通過吊車吊裝并人工輔助翻轉(zhuǎn)，效率低下，安全隱患較大，在工廠化生產(chǎn)中不宜采用。鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機是針對鐵路貨車拆解設計制造的，翻轉(zhuǎn)效率高，安全系數(shù)高，并能實現(xiàn)工廠自動化生產(chǎn)，在現(xiàn)場應用中取得了良好的使用效果。

1 鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)工藝設計

為了更好地實現(xiàn)鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)180°要求，便于后續(xù)底架的切割拆解，將其翻轉(zhuǎn)工藝過程設計如下。

（1）底架定位。有軌制導車輛（Rail Guided Vehicle，RGV）底架從主線經(jīng)過換軌進入翻轉(zhuǎn)工位，利用光電傳感器進行定位，如圖1所示。

（2）底架裝夾。底架定位完成后，RGV軌道車的提升機構(gòu)將底架提升到一定高度。如圖2所示，翻轉(zhuǎn)機包含兩部分，分別為翻轉(zhuǎn)機L和翻轉(zhuǎn)機R，且兩者同步作業(yè)。翻轉(zhuǎn)機L從原點位L0沿導軌縱向平移到工作位L1，翻轉(zhuǎn)機R從原點位R0沿導軌縱向平移到工作位R1，下夾緊機構(gòu)將底架提升到適當高度，上夾緊機構(gòu)和下夾緊機構(gòu)配合夾緊底架；RGV軌道車提升機構(gòu)復位，從翻轉(zhuǎn)工位退出，并移動到下一工位，輸送用于輔助底架切割的托盤。

圖1 底架定位

圖2 底架裝夾

（3）底架翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)機L和翻轉(zhuǎn)機R同步翻轉(zhuǎn)，將底架翻轉(zhuǎn)180°。RGV軌道車輸送底架托盤到翻轉(zhuǎn)工位，并完成定位，將托盤提升到一定高度。下夾緊機構(gòu)松開，上夾緊機構(gòu)緩緩下降，將底架放置于托盤上；翻轉(zhuǎn)機L從工作位L1沿導軌縱向復位到原點位L0，翻轉(zhuǎn)機R從工作位R1沿導軌縱向復位到原點位R0，然后翻轉(zhuǎn)機L和翻轉(zhuǎn)機R全部復位，如圖3所示[2]。

圖3 底架翻轉(zhuǎn)

（4）底架輸送。RGV軌道車載運底架和托盤從翻轉(zhuǎn)工位經(jīng)過換軌進入底架切割工位，進行鐵路貨車底架的切割拆解，如圖4所示。

圖4 底架輸送

2 翻轉(zhuǎn)機的結(jié)構(gòu)組成及設計要求

綜合考慮中鐵物總資源科技有限公司鐵路貨車拆解的車型以及底架的重量、規(guī)格尺寸等信息，設計翻轉(zhuǎn)機主要技術(shù)指標。根據(jù)鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)工藝方案，翻轉(zhuǎn)機主要由機械本體、液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)3大部分組成[3]。RGV軌道車單獨定制采購，并配合翻轉(zhuǎn)機使用。

2.1 主要技術(shù)指標

鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機主要技術(shù)指標如表1所示。

2.2 機械本體

翻轉(zhuǎn)的對象為鐵路貨車底架，長度約14 000 mm，寬度約3 250 mm，翻轉(zhuǎn)所需要空間較大。整個底架翻轉(zhuǎn)采用RGV軌道車配合翻轉(zhuǎn)機作業(yè)的方案。RGV軌道車用于底架的輸送及輔助底架的提升。由于底架長度和寬度尺寸均較大，翻轉(zhuǎn)機設計尺寸相應增大。考慮翻轉(zhuǎn)工藝的可行性、底架翻轉(zhuǎn)的安全性以及設備維護的方便性，此翻轉(zhuǎn)機由左右兩部分翻轉(zhuǎn)設備組合完成[4]。左右兩部分翻轉(zhuǎn)設備安裝于地坑，如圖5所示。在廠房建造施工過程中，地坑預先安裝預埋鋼板，地坑深度為1.7 m，長寬均為6 m。

圖5 翻轉(zhuǎn)機總成示意圖

左右兩部分翻轉(zhuǎn)設備的機械本體包括翻轉(zhuǎn)機構(gòu)（如圖6所示）、夾緊升降機構(gòu)、驅(qū)動組件、平移機構(gòu)（如圖7所示）及底座等。

翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由回轉(zhuǎn)齒圈、回轉(zhuǎn)滾輪組件等組成?；剞D(zhuǎn)齒圈由齒條、滾輪軌道及鋼結(jié)構(gòu)組成。齒條、滾輪軌道及滾輪采用Cr-Ni-Mo低碳合金鋼，經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火工藝制作而成。鋼結(jié)構(gòu)采用Q345b，經(jīng)過下料、焊接等工藝制作而成。

夾緊升降機構(gòu)由上夾緊臂組件、下夾緊臂組件及夾緊油缸等組成。上下夾緊臂組件安裝在回轉(zhuǎn)齒圈的鋼結(jié)構(gòu)上。夾緊油缸既有夾緊底架的功能，又有將底架提升和下降一定行程的功能。底架的提升和下降主要由RGV軌道車配合夾緊機構(gòu)的油缸完成。

驅(qū)動組件包括翻轉(zhuǎn)驅(qū)動組件和平移驅(qū)動組件，采用電機驅(qū)動方式。翻轉(zhuǎn)電機通過動力齒輪組連接回轉(zhuǎn)齒圈。平移電機通過動力齒輪組連接平移機構(gòu)齒條。

圖6 翻轉(zhuǎn)設備結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 平移機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

平移機構(gòu)由平移滑臺、直線導軌及齒條等組成。平移機構(gòu)上安裝位置傳感器，可以根據(jù)翻轉(zhuǎn)不同車型底架調(diào)整平移行程。平移滑臺的制造要保證上下安裝面的平行度和平面度。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)底部設置防側(cè)翻滾輪架。防側(cè)翻滾輪架、回轉(zhuǎn)滾輪組件以及驅(qū)動組件均安裝在平移滑臺上。防側(cè)翻滾輪架和回轉(zhuǎn)滾輪組件起主要支撐和輔助翻轉(zhuǎn)作用。防側(cè)翻滾輪架和回轉(zhuǎn)滾輪的基座結(jié)構(gòu)件均采用Q345b鋼板制作而成，以保證結(jié)構(gòu)的強度。

底座由方鋼、鋼板等焊接而成，安裝在設備地坑預埋鋼板上。

2.3 液壓控制系統(tǒng)

此翻轉(zhuǎn)機液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、控制閥、液壓油缸及液壓附件等部分組成，主要應用于夾緊升降機構(gòu)[5]。夾緊升降機構(gòu)的夾緊油缸配置同步閥和液壓鎖，保證了油缸運行的同步性和穩(wěn)定性，可有效防止翻轉(zhuǎn)機系統(tǒng)突發(fā)故障時液壓油缸急速下落情況的出現(xiàn)，提高了設備的安全性。

2.4 電氣控制系統(tǒng)

此翻轉(zhuǎn)機的電氣控制系統(tǒng)采用西門子等品牌的元器件，內(nèi)部具備互鎖功能。只有當RGV軌道車載運底架完全到位并提升到一定高度后，翻轉(zhuǎn)機才進行底架提升、夾緊等動作。夾緊完全后進行翻轉(zhuǎn)動作，有效防止系統(tǒng)誤操作，消除安全隱患。電氣控制系統(tǒng)可實現(xiàn)不同鐵路貨車車型底架的變距夾持和自動翻轉(zhuǎn)。夾緊升降機構(gòu)、平移機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)在工作時可以在任意位置鎖定，便于技術(shù)人員或維修人員開展檢查或維修作業(yè)。翻轉(zhuǎn)機外圍設置安全護欄和安全光柵，可以保障底架翻轉(zhuǎn)周圍環(huán)境的安全，提高設備的安全性和可靠性。

3 應用現(xiàn)場

現(xiàn)已制造使用鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機1臺，在中鐵物總資源科技有限公司生產(chǎn)基地廢舊貨車拆解生產(chǎn)線投入使用，用于底架翻轉(zhuǎn)，如圖8所示。目前，鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機已投入使用半年，完成了多臺鐵路貨車底架的翻轉(zhuǎn)工作，使用效果良好，安全性較高，提高了底架翻轉(zhuǎn)和切割的效率，實現(xiàn)了底架自動化翻轉(zhuǎn)，提高了廢舊貨車拆解生產(chǎn)線的自動化率。

圖8 翻轉(zhuǎn)機正在翻轉(zhuǎn)鐵路貨車底架

4 結(jié)語

鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機的應用解決了底架翻轉(zhuǎn)效率低下的問題，同時為后續(xù)底架切割提供了工藝便利性，突破了鐵路貨車自動化拆解的重要瓶頸，對公司鐵路廢舊貨車拆解業(yè)務實施具有重要的促進意義。

該翻轉(zhuǎn)機具有以下特點：

（1）通過外部合作科研院校的力學計算和有限元分析，翻轉(zhuǎn)機的本體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設計合理，性能安全可靠；

（2）翻轉(zhuǎn)機可適用于不同類型鐵路貨車底架的翻轉(zhuǎn)，適用性較強，便于工廠多車型生產(chǎn)；

（3）翻轉(zhuǎn)機液壓系統(tǒng)油缸運行同步，電氣系統(tǒng)具有互鎖功能，提高了設備的安全性和可靠性。

現(xiàn)場應用表明，該鐵路貨車底架翻轉(zhuǎn)機設計合理可靠，可以滿足鐵路貨車拆解時底架翻轉(zhuǎn)180°的要求。