張桂欣

(中鐵華鐵工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 北京 100071)

1 高速動(dòng)車(chē)組的輪對(duì)制造

輪對(duì)是高速列車(chē)的關(guān)鍵零部件，其制造技術(shù)水平也代表著高速列車(chē)的技術(shù)水平。針對(duì)高速動(dòng)車(chē)組輪對(duì)的生產(chǎn)，采用輪對(duì)智能制造的新模式：輪對(duì)智能化生產(chǎn)線采用成熟的計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、通訊等技術(shù)，將以數(shù)控機(jī)床為主的智能設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控，將自動(dòng)化物流和智能傳感技術(shù)應(yīng)用于輪對(duì)的數(shù)字化制造，將車(chē)軸自動(dòng)化加工、車(chē)輪自動(dòng)加工、車(chē)輪車(chē)軸自動(dòng)噴涂、立體倉(cāng)庫(kù)、齒輪箱自動(dòng)組裝、輪對(duì)自動(dòng)壓裝檢測(cè)、軸承軸箱自動(dòng)組裝全過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)集成。建設(shè)全過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化、集約化、高效率、智能化的制造流水線。

2 高速動(dòng)車(chē)組輪對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)

高速動(dòng)車(chē)組由動(dòng)車(chē)和拖車(chē)編組而成，一般為8輛編組，4動(dòng)4拖或6動(dòng)2拖[1]。其中動(dòng)車(chē)輪對(duì)由空心軸、車(chē)輪、齒輪箱、制動(dòng)盤(pán)、軸承和軸箱等組成(見(jiàn)圖1)；拖車(chē)輪對(duì)由空心軸、車(chē)輪、制動(dòng)盤(pán)、軸承和軸箱等組成，如圖2所示。二者的主要區(qū)別在于有無(wú)齒輪箱及制動(dòng)盤(pán)的安裝方式，動(dòng)車(chē)輪對(duì)有齒輪箱，制動(dòng)盤(pán)為輪裝方式；拖車(chē)輪對(duì)無(wú)齒輪箱，制動(dòng)盤(pán)為軸裝方式[2-4]。

動(dòng)車(chē)輪對(duì)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)組成連接牽引電機(jī)和齒輪箱驅(qū)動(dòng)裝置，作為整列動(dòng)車(chē)組的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源；同時(shí)動(dòng)車(chē)和拖車(chē)裝用的輪裝制動(dòng)盤(pán)及拖車(chē)裝用的軸裝制動(dòng)盤(pán)用于列車(chē)減速制動(dòng)和?？恐苿?dòng)。

圖1 高速動(dòng)車(chē)組動(dòng)車(chē)輪對(duì)

圖2 高速動(dòng)車(chē)組拖車(chē)輪對(duì)

高速動(dòng)車(chē)組輪對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)：運(yùn)行速度為350 km/h；輪徑為?860 mm；軸徑直徑為?130 mm；軸身直徑為?170 mm；輪座直徑為?200 mm；輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1 353 mm。

3 輪對(duì)產(chǎn)品的智能制造模式及其特點(diǎn)

輪對(duì)產(chǎn)品的智能制造模式圍繞零部件加工組裝的自動(dòng)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男畔⒒归_(kāi)。通過(guò)對(duì)自動(dòng)加工檢測(cè)技術(shù)、零部件自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)選配技術(shù)、智能定位等技術(shù)的應(yīng)用，有效提高生產(chǎn)效率，減少作業(yè)人員，推動(dòng)高速動(dòng)車(chē)組裝備智能制造水平的提升。

3.1 通過(guò)加工組裝自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)智能物流

利用桁架式機(jī)械手、自動(dòng)化物流等智能柔性輸送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車(chē)軸、車(chē)輪從毛坯到成品及輪對(duì)軸箱組裝自動(dòng)化流轉(zhuǎn)，在加工、檢測(cè)、噴涂、存放、安裝、組裝等物流環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。其中：空心車(chē)軸加工采用3軸桁架式機(jī)械手自動(dòng)上下料，車(chē)輪加工檢測(cè)采用5軸桁架式機(jī)械手上下料，車(chē)軸加工檢測(cè)采用4軸桁架式機(jī)械手上下料。車(chē)軸車(chē)輪噴涂線采用鏈條等自動(dòng)輸送，齒輪箱組裝線采用自動(dòng)運(yùn)輸帶和桁架機(jī)械手結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)齒輪箱的自動(dòng)流轉(zhuǎn)。車(chē)軸、車(chē)輪的預(yù)組、壓裝工序，采用自動(dòng)運(yùn)輸車(chē)和機(jī)械手配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)組、自動(dòng)壓裝、檢測(cè)。軸承壓裝采用桁架式機(jī)械手和自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)軸承自動(dòng)壓裝。軸箱組裝流水線采用桁架式機(jī)械手、自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)輔助裝配CAA，通過(guò)節(jié)拍化物流輸送，按工位安裝軸箱體等零部件，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)組裝的自動(dòng)化。

軸承、軸箱體等配套物料通過(guò)空中軸箱物料自動(dòng)配送線及時(shí)輸送至安裝工位。車(chē)軸、車(chē)輪加工后，通過(guò)輥道式輸送進(jìn)入噴涂線。噴涂線和智能料庫(kù)、輪對(duì)壓裝間采用運(yùn)輸車(chē)自動(dòng)輸送。壓裝后的輪對(duì)，通過(guò)自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)自動(dòng)輸送至軸箱組裝線。

3.2 通過(guò)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男畔⒒?/h3>

通過(guò)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)建立輪對(duì)智能化生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線具有智能化、自動(dòng)化、信息化等特點(diǎn)，該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行集中管控，進(jìn)行作業(yè)排產(chǎn)和調(diào)度，各個(gè)設(shè)備獲得控制系統(tǒng)調(diào)度指令后，全自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)各種零部件的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，并作相應(yīng)處置。同時(shí)該生產(chǎn)線可實(shí)時(shí)監(jiān)控所有設(shè)備的狀態(tài)，采用大屏模式顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行、停止、異常等信息，對(duì)于自動(dòng)化物流設(shè)備，可實(shí)時(shí)顯示各個(gè)設(shè)備位置和移動(dòng)動(dòng)畫(huà)。

輪對(duì)智能化生產(chǎn)線可以實(shí)時(shí)記錄車(chē)軸、車(chē)輪、輪對(duì)等零部件的序列號(hào)和加工、檢測(cè)、組裝實(shí)際工序信息，自動(dòng)保存檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，并集中管理，自動(dòng)輸出質(zhì)量報(bào)表?？梢詫?shí)現(xiàn)輪對(duì)所有零部件的全過(guò)程質(zhì)量追溯。

4 輪對(duì)制造工藝及智能制造生產(chǎn)線構(gòu)成

4.1 輪對(duì)制造工藝

4.1.1輪對(duì)制造總體工藝流程

輪對(duì)制造總體工藝流程如圖3所示。

圖3 輪對(duì)制造總體工藝流程

4.1.2輪對(duì)制造主要工藝流程

車(chē)輪:車(chē)輪加工→車(chē)輪檢測(cè)→車(chē)輪涂裝→輪盤(pán)組裝。

車(chē)軸:車(chē)軸加工→車(chē)軸檢測(cè)→車(chē)軸涂裝→齒輪箱組裝。

輪對(duì)組裝：輪對(duì)壓裝→輪對(duì)動(dòng)平衡檢測(cè)→輪對(duì)超聲波探傷→輪對(duì)檢測(cè)→軸承壓裝→軸箱組裝→輪對(duì)交驗(yàn)。

4.2 輪對(duì)智能制造生產(chǎn)線構(gòu)成

輪對(duì)智能制造生產(chǎn)線由生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，車(chē)軸自動(dòng)加工檢測(cè)線、車(chē)輪自動(dòng)加工檢測(cè)線、車(chē)軸車(chē)輪自動(dòng)噴涂線、車(chē)軸車(chē)輪智能料庫(kù)、齒輪箱自動(dòng)組裝生產(chǎn)線、輪對(duì)自動(dòng)壓裝生產(chǎn)線等組成。

4.2.1生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

生產(chǎn)線控制系統(tǒng)包含系統(tǒng)服務(wù)器、展示大屏、系統(tǒng)軟件及MES接口等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示車(chē)軸加工設(shè)備、車(chē)輪加工檢測(cè)設(shè)備、輪對(duì)壓裝設(shè)備、軸承壓裝設(shè)備、智能料庫(kù)、噴涂生產(chǎn)線、自動(dòng)輸送設(shè)備的狀態(tài)，對(duì)于所有設(shè)備顯示待機(jī)、運(yùn)行、停機(jī)、異常狀態(tài)，對(duì)于桁架式機(jī)械手和自動(dòng)運(yùn)輸車(chē)實(shí)時(shí)顯示移動(dòng)畫(huà)面。

作業(yè)智能調(diào)度，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備各種信息，根據(jù)所分配設(shè)備的閑忙狀態(tài)來(lái)調(diào)度零部件。在調(diào)度規(guī)則支持下，決定工件進(jìn)入系統(tǒng)的隊(duì)列和進(jìn)入系統(tǒng)后的加工隊(duì)列，并對(duì)機(jī)床故障、緊急訂單等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度。同時(shí)包括作業(yè)順序、路線選擇、作業(yè)時(shí)間和提前期的預(yù)估，作業(yè)調(diào)度指令的發(fā)放與管理。

根據(jù)車(chē)軸、車(chē)輪加工、檢測(cè)、噴涂、組裝和齒輪箱組裝、軸承軸箱組裝的工藝流程，創(chuàng)建流程模板，在系統(tǒng)中設(shè)置安裝、拆卸、運(yùn)輸、加工、檢測(cè)等工藝流程?？蓜?chuàng)建輪對(duì)的生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)流程模板，自動(dòng)創(chuàng)建輪對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃，各個(gè)設(shè)備按系統(tǒng)流程模板開(kāi)始執(zhí)行。

圖4 輪對(duì)制造智能化生產(chǎn)線系統(tǒng)架構(gòu)圖

實(shí)時(shí)顯示車(chē)軸自動(dòng)加工線、車(chē)輪自動(dòng)加工檢測(cè)線、車(chē)軸車(chē)輪噴涂線、齒輪箱自動(dòng)組裝線、軸承軸箱組裝線的異常，進(jìn)行故障診斷。對(duì)車(chē)軸、車(chē)輪、輪對(duì)、齒輪箱的裝夾狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)和刀具管理系統(tǒng)集成，可顯示設(shè)備刀具加工情況，可累積計(jì)算刀具的切削時(shí)間，進(jìn)行刀具磨損監(jiān)測(cè)與預(yù)警、刀具壽命的預(yù)測(cè)。

集成條碼系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)軸車(chē)輪的流轉(zhuǎn)狀態(tài)，并自動(dòng)進(jìn)行記錄，便于后續(xù)質(zhì)量追溯。毛坯進(jìn)入生產(chǎn)線，自動(dòng)掃描條碼。

4.2.2車(chē)軸自動(dòng)加工檢測(cè)線

車(chē)軸自動(dòng)加工檢測(cè)線由1臺(tái)基準(zhǔn)加工車(chē)削中心、1臺(tái)精加工車(chē)削中心、1臺(tái)數(shù)控外圓磨床、1套車(chē)軸柔性輸送系統(tǒng)、1臺(tái)機(jī)器人打磨設(shè)備、1臺(tái)數(shù)控拋光滾壓復(fù)合設(shè)備、1臺(tái)超聲波探傷機(jī)、1臺(tái)磁粉探傷機(jī)、1臺(tái)車(chē)軸自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、1臺(tái)自動(dòng)打標(biāo)機(jī)和1臺(tái)自動(dòng)運(yùn)輸車(chē)組成。

實(shí)心軸加工檢測(cè)流程為：車(chē)軸上料→基準(zhǔn)加工→精加工→外圓磨→自動(dòng)輸送→拋光→磁粉探傷MT→尺寸檢測(cè)→外觀檢查。

空心軸加工檢測(cè)流程為：車(chē)軸上料→基準(zhǔn)加工→深孔鉆→絎磨→精加工→外圓磨→拋光→磁粉探傷MT→超聲波探傷UT→尺寸檢測(cè)→外觀檢查。

整線配置人員進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控、上下料、刀片更換以及異常處置，完成車(chē)軸的加工、檢測(cè)。

4.2.3車(chē)輪自動(dòng)加工檢測(cè)線

該加工生產(chǎn)線配置2臺(tái)車(chē)削中心，進(jìn)行車(chē)輪輪廓的車(chē)削，3臺(tái)鉆銑中心進(jìn)行車(chē)輪輻板孔、中心孔、注油孔的加工。為保障生產(chǎn)線自動(dòng)化運(yùn)行，該生產(chǎn)線同時(shí)配置刀具集中管理和上下料后的條碼掃描、下料后的條碼打印、粘貼系統(tǒng)、集中排屑系統(tǒng)、集中冷卻系統(tǒng)。檢測(cè)線主要進(jìn)行車(chē)輪的清洗、磁粉探傷、超聲波探傷、靜平衡、打標(biāo)、貼條碼。車(chē)輪加工、超聲波探傷、靜平衡、打標(biāo)、貼條碼均利用智能設(shè)備和桁架式機(jī)械手自動(dòng)完成，磁粉探傷由人工進(jìn)行判定。

車(chē)輪加工、檢測(cè)采用1套車(chē)輪柔性輸送系統(tǒng)，檢測(cè)完成后車(chē)輪采用天車(chē)以5件為1組吊運(yùn)至噴涂工序，同時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)并上傳至集中管理系統(tǒng)。

流程為車(chē)輪上料→條碼掃描→車(chē)削I→車(chē)削II→鉆銑→清洗→超聲波探傷→磁粉探傷→靜平衡→打標(biāo)→貼條碼→車(chē)輪下料。

整線配置人員進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控、上下料、刀片更換以及異常處置。

4.2.4車(chē)軸車(chē)輪自動(dòng)噴涂線

車(chē)軸的噴涂配置1套車(chē)軸柔性輸送系統(tǒng)、1臺(tái)清洗設(shè)備、2套上下料機(jī)器人、2套噴涂機(jī)械手、1套烘干設(shè)備、1臺(tái)抗擊打涂層設(shè)備，車(chē)輪的噴涂配置1套車(chē)輪柔性輸送系統(tǒng)、1臺(tái)清洗設(shè)備、2套噴涂機(jī)械手和1套烘干設(shè)備。

車(chē)軸噴涂流程為：車(chē)軸自動(dòng)輸送→清洗→防護(hù)→底漆→烘干→面漆→烘干→抗擊打涂層噴涂→整備→車(chē)軸下料。

車(chē)輪的噴涂流程為：車(chē)輪自動(dòng)輸送→清洗→烘干→防護(hù)→底漆→烘干→面漆→烘干→整備→車(chē)輪下料。

4.2.5車(chē)軸車(chē)輪智能料庫(kù)

設(shè)置車(chē)軸、車(chē)輪存放智能料庫(kù)，車(chē)軸采用1套堆垛機(jī)，該堆垛機(jī)具有自動(dòng)存取功能。車(chē)軸、車(chē)輪存放采用固定式料架，不設(shè)托盤(pán)。車(chē)軸智能料庫(kù)可以根據(jù)輪對(duì)智能化生產(chǎn)線的總體控制系統(tǒng)自動(dòng)將車(chē)軸輸送至輪對(duì)壓裝生產(chǎn)線。智能料庫(kù)的存取操作均靠系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)，無(wú)需人工參與。車(chē)軸智能料庫(kù)由噴涂線引入，設(shè)置2個(gè)出口，動(dòng)車(chē)軸進(jìn)入齒輪箱組裝間，拖車(chē)軸進(jìn)入輪對(duì)壓裝線。車(chē)輪存放采用桁架式機(jī)械手，配合輪盤(pán)組裝線，成品車(chē)輪以5個(gè)為1組疊放，由自動(dòng)輸送車(chē)運(yùn)輸至輪對(duì)壓裝線。

4.2.6齒輪箱自動(dòng)組裝生產(chǎn)線

該生產(chǎn)線由1臺(tái)大齒輪組裝設(shè)備、1臺(tái)軸承壓裝設(shè)備、4臺(tái)齒輪箱跑合試驗(yàn)臺(tái)、1套齒輪箱組裝柔性輸送系統(tǒng)和1套齒輪箱組裝CAA系統(tǒng)組成。

流程為大齒輪清洗→大齒輪組裝→軸承組裝→齒輪箱組裝→游隙測(cè)量→游隙調(diào)整→齒輪箱跑合。

4.2.7輪對(duì)自動(dòng)壓裝生產(chǎn)線

該生產(chǎn)線由1套輪對(duì)柔性輸送系統(tǒng)、1臺(tái)制動(dòng)盤(pán)預(yù)組設(shè)備、5臺(tái)輪對(duì)壓裝設(shè)備、2臺(tái)輪對(duì)預(yù)組設(shè)備、2臺(tái)輪對(duì)超聲波探傷設(shè)備、2臺(tái)輪對(duì)動(dòng)平衡設(shè)備、2臺(tái)輪對(duì)檢測(cè)設(shè)備、2套動(dòng)車(chē)車(chē)軸運(yùn)輸設(shè)備和2套車(chē)輪運(yùn)輸設(shè)備組成。

流程為制動(dòng)盤(pán)預(yù)組→制動(dòng)盤(pán)壓裝→輪對(duì)預(yù)組→輪對(duì)壓裝→動(dòng)平衡→超聲波探傷→自動(dòng)檢測(cè)→檢壓→交檢。

柔性輸送系統(tǒng)設(shè)有4種運(yùn)輸機(jī)械手，能夠?qū)?chē)軸、制動(dòng)盤(pán)、車(chē)輪、輪對(duì)進(jìn)行自動(dòng)裝夾、預(yù)組。

5 結(jié)束語(yǔ)

輪對(duì)智能制造生產(chǎn)線采用全自動(dòng)物流系統(tǒng)，車(chē)軸、車(chē)輪加工、檢測(cè)、噴涂等工序均全自動(dòng)完成，輪對(duì)壓裝、軸承軸箱組裝等采用局部自動(dòng)化，利用智能擰緊工具，實(shí)現(xiàn)按節(jié)拍流水作業(yè)；減少輔助時(shí)間，可提高生產(chǎn)效率35%左右。 輪對(duì)是動(dòng)車(chē)組重要、關(guān)鍵的零部件，其采用智能制造新模式，將起到示范作用，未來(lái)在高速動(dòng)車(chē)組其他零部件的制造過(guò)程中，也必將逐步采用智能制造的新模式。