动车组转向架智能清洗设备的研制

动车组转向架智能清洗设备的研制

马海涛 杨文卓 张宏亮

中车青岛四方机车车辆股份有限公司

摘要：随着经济的快速发展，我国高速铁路技术经过多年的发展，目前已处于世界领先地位。高速铁路的快速发展进一步推动了我国经济的进步，为国民出行带来了极大的便利，因此，保障高速铁路装配市场的稳定至关重要。目前，我国主要采用手动转向架组装模式，即在手动组装的基础上，引入部分自检和互检流程。然而，这种工艺模式需要投入大量资源，组装效率低，并且在组装时经常会出现螺栓拧错、泄漏等引起故障的现象。高铁转向架装配过程中，会受到员工心理、环境、员工疲劳程度等多种因素的影响，其中人的因素是一个重要的推动因素，因此，提出用机械技术和智能技术有效解决该问题。

关键词：动车组；转向架；智能；清洗设备

引言

定期进入动车组，维修，对于保证它们的安全运行至关重要。转向架零件的有效清洗是保证动车组检修效率的关键环节。目前存在转向架零部件清洗效率低、清洗站分散、劳动成本高、主维修仓库污染大等问题，在一定程度上限制了机车车辆段的维修能力。

1智能系统构建

轨道交通智能装配系统是在智能计算的基础上设计的，并利用现有的工业逻辑实现。将成熟的操作方式集成到软件系统中，实现高速铁路装配工序的智能化设计，将装配施工中的人为影响因素控制在最低限度，从而有效提高高速铁路装配效率和装配精度。该智能装配系统以数字化技术为基础，对各类装配异常实施有效的纠错，以视觉技术为基础，实现装配过程控制，为检查人员提供足够的数据支持。基于先进工业装配系统架构构建了智能高铁转向架系统。为确保系统功能的正常实现，将移动装配机设计为工作站端。移动装配车配备有数字装配工具，利用车间现有的无线网络，在装配现场实现从远程服务器的数据传输。该系统可与现有厂房网络完美兼容，对车间原有的施工和运行习惯没有任何影响，并通过信息技术为工业级互联网系统提供组装支持。

2对策制定及实施

2.1对策制定

确定推荐方案后，采用 5W1H 的方法，制定对策表，设定分目标及实施措施，如表1 所示。

表 1 对策表

2.2 对策实施

喷淋清洗。由于转向架零部件种类多，尺寸多样，喷嘴布置需兼容多种零部件的外形和尺寸，通过三维建模仿真、运用有限元分析技术，确定最佳喷嘴布置方案如表2所示，实现表面全覆盖。

表2喷嘴排布表

循环系统。根据拆卸站至清洗站的自动运输要求，选择AGV小车，并根据运输零件的尺寸确定AGV小车的尺寸，同时为带骨架的轮对定位机构等机构设计，最终建立运输装置的三维模型，与清洗设备联合安装，验证方案的可行性。

轮胎类型布局。通过BIM技术的仿真，分析和清理工艺布局，如图1所示，规划清洗站的方向、进出路径、位置，确定单通道和单向交通工具，清理站分流母线布置形式，减少路线交叉。模拟零件循环和清洗的全过程，实现运输装置与清洗设备的无缝对接。

图1 转向架清洗总线型布置工艺图    图2智能转向架清洗设备

安装调试。设备研制完成后，在武汉动车段现场安装调试，如图2所示，所有设备安装准确无误，整套设备运行流畅，多个零件同时清洗有序进行，互不干扰。

2.3智能清洗中心系统组成

清理各类零件。机器洗而不是人洗是实现机车车辆段置换增效、降低劳动强度的关键环节。零件清洗机的种类应与不同转向架形状和尺寸的零件兼容，零件清洗机的数量应与车厢段转向架组件的维修能力相匹配。具体而言，应为转向架构架、轮对、电机定子转子、小部件分别设置专用洗衣机。每台洗衣机的数量应按照一定的比例进行配置，该比例根据同一台车中各部分的清洗时间和各部分的比例确定，数量与车厢段的可维修性、各部分从主维修仓库到智能清洗中心的循环时间等因素有关。基于BIM的资产运维管理系统。为了集成智能清洗中心的各子系统，智能清洗中心安装了一套综合监控系统-----基于BIM的资产运营维护管理系统。该系统以智能清洗中心BIM模型为基础，与整个机车车辆段的资产运行维护管理平台相联系，实现信息传递和集成资产交换的交互。资产运行维护管理系统还可以监控各个子系统的运行状态，协调各个子系统之间的任务，提高清洗中心的整体运行效率，并及时报警关键运行参数异常。

3高速动车组转向架技术展望

3.1高速运输装备的发展

近年来，高速运输设备发展迅速，如我国和日本的磁悬浮列车，时速600公里；法国研究的气垫列车，运行速度为540公里/小时；美国研究的胶囊列车以及管道运输列车可以以超过1000公里/小时的速度运行，这些高速运输设备技术是轮轨运输的颠复性技术创新，已经没有传统意义上的转向架。

3.2高速转向架技术展望

国外高速转向架技术发展。目前轮轨技术最高试验速度由法国AGV动车组创造，速度为574.8Km／h，转向架为铰接式结构；日本新干线ALFA－X高速列车，速度为360Km／h，转向架为传统的外置式结构；德国西门子公司研制的VelaroNovo高速列车，速度为360Km／h，转向架为轻量化的内置式结构，底部实现了包覆以降低运行阻力。

内置式转向架技术。内置式转向架是指轴箱体、轴承和一系悬挂等部件安装在车轮内侧的转向架，与传统的外置式转向架相比，主要优点是质量轻、外形尺寸小，易实现包覆以降低运行阻力，车轴的受力状态好；缺点是安装空间小，轴承拆装难，一系横向跨度小，抗侧滚能力弱。庞巴迪公司研制的内置式转向架已批量生产，最高速度为２５０Km／h；西门子公司研制了３６０Km／h内置式转向架。我国内置式转向架主要应用在低速领域。

我国高速转向架技术展望。面向“十四五”时期，中国国家铁路集团有限公司制定了“CR450科技创新工程”计划，研发更高速、更安全、更环保、更节能、更智能的时速400ｋｍ、轴重14.5ｔ动车组，建立设计、制造、试验、评估、运用、检修维护等技术标准体系，巩固我国高速列车世界领先、领跑优势。除传统的外置式转向架外，同时开展轻量化内置式转向架技术研究，重点考虑轮轨关系、优化转向架悬挂参数等，保证动车组动力学性能并降低转向架的质量。

内置式转向架需要重点研究解决一系定位和悬挂技术，采用转臂式定位＋上置弹簧方案，垂向、纵向、横向的受力可实现解耦，振动传递率低，是高速动车组转向架成熟且广泛应用的结构形式。为减少横向空间占用，一系悬挂可采用板弹簧结构。

高速转向架技术构想。在2030～2035年期间，目前运用的动车组将逐步进入寿命终期，需要研制更高速、更安全、更智能、更环保、更节能、更经济、更舒适、更友好并具有明显代际特征的动车组。在转向架方面重点体现为：一是线路试验速度突破600Km／h；二是轴重小于13t；三是产品具有代际特征。

速度方面：轴箱轴承可考虑采用球轴承或非接触轴承技术；驱动系统采用直线电动机或永磁直驱技术；基础制动采用盘／盘结构，减小空间利用，降低质量，充分利用轮轨黏着。轻量化方面：转向架设计结构采用内置式；构架侧梁采用复合材料并集成一系弹簧功能或整个构架采用复合材料或钛合金等，；各个承载部件采用拓扑技术进行优化减重；轮对采用无轴箱体双轴结构。转向架代际特征：结构的改变、技术的突破和低密度材料的应用，尤其是轮对的创新设计，使得未来高速动车组转向架将具有明显的代际特征，为实现“双碳”作出突出贡献，开创高速动车组转向架的新纪元。

结语

交通强国、铁路先行，铁路科技工作者需要守初心、担使命，坚持创新驱动，在高速动车组转向架技术领域，加强应用基础技术、关键共性技术、前沿引领技术、颠覆性创新技术研究，打造转向架原创技术策源地。

参考文献

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[2]王兴方．轨道车辆转向架清洁方式研究［J］． 清洗世界，2020，36(9): 21 －22，25．

[3]刘建鑫.关于高速动车组转向架的发展及其动力学特性探讨 [J]. 中国战略新兴产业，2018（8）：142.