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摘 要 本文通过对城际车轮对常用的换装方法进行阐述和分析，提出其存在的不足，进而引进自动化系统优化换装轮对作业方法，并结合有限元分析方法对其主体结构的校核计算，达到优化换装工艺和提高作业效率。
关键词 换装 自动化系统 有限元计算
一、概述
城际车在投入运用后，随着运行里程的增加，轮对车轮的磨耗达到规定限度后，需要对轮对进行更换。由于城际车转向架的紧凑设计结构和换装轮对的工艺要求，对于传统的换装轮对工艺存在作业效率不足和劳动强度大的情况。因此，对换装工艺引进自动化设计理念，从而提高作业效率和降低劳动强度。
二、传统的换装方法
对于传统的城际车轮对换装作业方式，涉及到车辆解编、架抬车、转向架轮对换装、总装落成和编组调试等作业工序。
1、车辆解编
在预定厂房里，对城际车进行受电弓的降弓作业，并对空气弹簧进行排风和制动装置缓解；对需要换装轮对对应车辆与相邻车辆连接车钩、缓冲器和内风挡进行拆解，并将车辆转移到换架抬车所在台位。
2、架抬车
对车辆四个角上的抬车孔安装过渡工装，使用抬车机进行支撑。并对车体与转向架之间的牵引装置、扭杆装置、高度调整装置、减震系统、电器与管路连接紧固件或接头进行拆卸。
通过抬车机将车体抬高，将转向架从车体下侧推出。
3、转向架轮对换装
将转向架通过天车、轨道或转盘转移到换装轮对区域，对转向架进行拆解后，替换需换装的轮对后，重新组装转向架。
4、总装落成
将换装轮对后的转向架重新转移到架抬车区域，对转向架进行落成。
5、编组调试
重新对解编的车辆进行编组，连接相应的连接车钩、缓冲器和内风挡。并对该列进行过拆解的电器、空气管路重新进行相关性能试验。
综上所述，传统的换装轮对作业方法，存在以下不足：
（1）换装多条轮对时，解编和编组占用的作业时间比重较大，且由于解编而增加相应的性能试验内容也较多。
（2）作业方式烦琐，作业效率较低，自动化程度低。
三、自动化换装工艺优化设计
通过对传统换装作业方式进行分析，考虑在不解编的情况下，使用架车机支撑车体，进而落下转向架并转移出来换装轮对。一方面简化作业工序，缩减作业人员数量，减少换装轮对整体作业时间；另一方面引进自动化控制系统，降低劳动强度，提高作业效率。
1、优化作业方式
通过对作业方式进行优化，减少作业工序，取消列车解编、重新编组和调试工序。优化后的作业工序，具体如下：
（1）转向架拆解
对车辆四个角上的抬车孔安装过渡工装，使用抬车机进行支撑。对车体与转向架之间的牵引装置、扭杆装置、高度调整装置、减震系统、电器与管路连接紧固件或接头进行拆卸。
通过转向架下降和车体支撑，将转向架下降到车体下侧。
（2）转向架转移
将转向架通过输送轨道转移到换装轮对作业区域，并对轮对进行换装。
（3）转向架落成
将换装轮对后的转向架通过输送轨道，重新转移到架抬车区域，对转向架进行落成。
2、自动化控制系统
城际车一般为8辆车编组，轮对换装可采用整列通过式且单个转向架换装方式进行。要引入轮对换装的自动化控制系统，需针对城际车的单车车体和转向架技术参数，同时也能最大限度满足其他车型技术参数。具体见表1。
自动化控制系统采用自动控制面板远程操作方式，包括转向架举升装置、车体举升装置、转向架输送装置和控制系统等自动控制。作业内容涉及支撑托架对车体的支撑、转向架在主辅轨道进行切换和转移等工序。
（1）转向架举升装置
转向架举升装置直接相关的技术参数有转向架固定轴距、车辆定距和相邻两辆车转向架中心距。转向架举升装置主要有支撑轨道、举升丝杆和动力源。
（2）车体举升装置
与车体举升装置直接相关的技术参数主要有抬车点位置和抬车点具体尺寸。
车体举升装置主要包括举升柱垂直升降功能、举升单元整体纵向行走功能、举升单元的空载横向调整功能以及带载横向调整功能。纵向行走功能主要由纵向走行机构、走行驱动装置以及位置判定系统等组成。
车体支撑装置包括液压站、支撑托架和立式龙门。轮对换装采用城际车通过式且单个转向架换装方式进行，因此，仅需对单侧车体进行支撑。车体上预置了架车孔，通过在该支撑孔上安装过渡支撑工装，由立式龙门上的支撑托架进行支撑。
（3）转向架输送装置
转向架输送装置包括传动系统、升降系统和承接轨道等。承接轨道用于转向架的支撑和停放，轨道采用标准钢轨，支撑的重量满足单车自重要求。在需换装的转向架停放在承接轨道后，通过升降系统和传动系统整体转移到平行整车一侧的作业平台区域。
（4）控制系统
控制系统包括对支撑装置上托架的定位、液压站的控制、传动系统和升降系统的控制等。控制台采用微机进行远程控制操作，作业涉及到液压站的启动关闭；支撑托架的上下、左右和前后控制；主轨道升降、锁紧控制；辅助轨道升降、平移和锁紧控制。
四、计算及试验验证
自动化控制系统在转向架换装工艺设计中起着重要的作用。从结构可靠性设计、安全控制方面确保设备的绝对安全可靠以外，利用有限元分析方法对其主体结构进行了详细的校核计算。结构静力计算包括转向架架车单元、车体架车单元和钢结构等。根据计算结果，在应力和位移相对较大的位置布置测试应变片，并对结构的应力和位移进行测试，满足各部位的承载要求。
五、自动化工艺设计的作用
通过引进自动化系统工艺设计，简化作业内容，优化换装工艺，降低作业人员数量，缩减作业时间。具体对比情况如下：
（1）简化作业内容。省去了解编、重新编组和调试的作业时间，该部分的作业时间节省约20%。
（2）优化换装工艺。采用轮对换装的自动化操作系统，通过自动化远程操作系统，涉及车体支撑自动定位、转向架升降和运输自动输送等，达到智能化和便捷化。与传统的人工作业、天车吊运和转盘运转输送对比，作业时间节省70%。
（3）降低作业人员数量。通过优化作业工序和引入自动化控制系统，省略了解编、重新编组和调试作业人员，且从转向架的转运方面也减少了作业人员数量。总体较之前的人员数量减少40%。
六、结束语
随着城际间列车需求数量的不断增加，在有效的时间内对车轮磨耗到限的轮对进行更换显得尤为关键。而通过对轮对换装的优化工艺设计和引进自动化控制系统，为城际车的有效利用和成本耗费提供了保障。同时，该种作业方式，也可为其它系列车型的轮对换装所使用，较大提高更换轮对的效率。
（作者单位：南车青岛四方机车车辆股份有限公司）
关键词 换装 自动化系统 有限元计算
一、概述
城际车在投入运用后，随着运行里程的增加，轮对车轮的磨耗达到规定限度后，需要对轮对进行更换。由于城际车转向架的紧凑设计结构和换装轮对的工艺要求，对于传统的换装轮对工艺存在作业效率不足和劳动强度大的情况。因此，对换装工艺引进自动化设计理念，从而提高作业效率和降低劳动强度。
二、传统的换装方法
对于传统的城际车轮对换装作业方式，涉及到车辆解编、架抬车、转向架轮对换装、总装落成和编组调试等作业工序。
1、车辆解编
在预定厂房里，对城际车进行受电弓的降弓作业，并对空气弹簧进行排风和制动装置缓解；对需要换装轮对对应车辆与相邻车辆连接车钩、缓冲器和内风挡进行拆解，并将车辆转移到换架抬车所在台位。
2、架抬车
对车辆四个角上的抬车孔安装过渡工装，使用抬车机进行支撑。并对车体与转向架之间的牵引装置、扭杆装置、高度调整装置、减震系统、电器与管路连接紧固件或接头进行拆卸。
通过抬车机将车体抬高，将转向架从车体下侧推出。
3、转向架轮对换装
将转向架通过天车、轨道或转盘转移到换装轮对区域，对转向架进行拆解后，替换需换装的轮对后，重新组装转向架。
4、总装落成
将换装轮对后的转向架重新转移到架抬车区域，对转向架进行落成。
5、编组调试
重新对解编的车辆进行编组，连接相应的连接车钩、缓冲器和内风挡。并对该列进行过拆解的电器、空气管路重新进行相关性能试验。
综上所述，传统的换装轮对作业方法，存在以下不足：
（1）换装多条轮对时，解编和编组占用的作业时间比重较大，且由于解编而增加相应的性能试验内容也较多。
（2）作业方式烦琐，作业效率较低，自动化程度低。
三、自动化换装工艺优化设计
通过对传统换装作业方式进行分析，考虑在不解编的情况下，使用架车机支撑车体，进而落下转向架并转移出来换装轮对。一方面简化作业工序，缩减作业人员数量，减少换装轮对整体作业时间；另一方面引进自动化控制系统，降低劳动强度，提高作业效率。
1、优化作业方式
通过对作业方式进行优化，减少作业工序，取消列车解编、重新编组和调试工序。优化后的作业工序，具体如下：
（1）转向架拆解
对车辆四个角上的抬车孔安装过渡工装，使用抬车机进行支撑。对车体与转向架之间的牵引装置、扭杆装置、高度调整装置、减震系统、电器与管路连接紧固件或接头进行拆卸。
通过转向架下降和车体支撑，将转向架下降到车体下侧。
（2）转向架转移
将转向架通过输送轨道转移到换装轮对作业区域，并对轮对进行换装。
（3）转向架落成
将换装轮对后的转向架通过输送轨道，重新转移到架抬车区域，对转向架进行落成。
2、自动化控制系统
城际车一般为8辆车编组，轮对换装可采用整列通过式且单个转向架换装方式进行。要引入轮对换装的自动化控制系统，需针对城际车的单车车体和转向架技术参数，同时也能最大限度满足其他车型技术参数。具体见表1。
自动化控制系统采用自动控制面板远程操作方式，包括转向架举升装置、车体举升装置、转向架输送装置和控制系统等自动控制。作业内容涉及支撑托架对车体的支撑、转向架在主辅轨道进行切换和转移等工序。
（1）转向架举升装置
转向架举升装置直接相关的技术参数有转向架固定轴距、车辆定距和相邻两辆车转向架中心距。转向架举升装置主要有支撑轨道、举升丝杆和动力源。
（2）车体举升装置
与车体举升装置直接相关的技术参数主要有抬车点位置和抬车点具体尺寸。
车体举升装置主要包括举升柱垂直升降功能、举升单元整体纵向行走功能、举升单元的空载横向调整功能以及带载横向调整功能。纵向行走功能主要由纵向走行机构、走行驱动装置以及位置判定系统等组成。
车体支撑装置包括液压站、支撑托架和立式龙门。轮对换装采用城际车通过式且单个转向架换装方式进行，因此，仅需对单侧车体进行支撑。车体上预置了架车孔，通过在该支撑孔上安装过渡支撑工装，由立式龙门上的支撑托架进行支撑。
（3）转向架输送装置
转向架输送装置包括传动系统、升降系统和承接轨道等。承接轨道用于转向架的支撑和停放，轨道采用标准钢轨，支撑的重量满足单车自重要求。在需换装的转向架停放在承接轨道后，通过升降系统和传动系统整体转移到平行整车一侧的作业平台区域。
（4）控制系统
控制系统包括对支撑装置上托架的定位、液压站的控制、传动系统和升降系统的控制等。控制台采用微机进行远程控制操作，作业涉及到液压站的启动关闭；支撑托架的上下、左右和前后控制；主轨道升降、锁紧控制；辅助轨道升降、平移和锁紧控制。
四、计算及试验验证
自动化控制系统在转向架换装工艺设计中起着重要的作用。从结构可靠性设计、安全控制方面确保设备的绝对安全可靠以外，利用有限元分析方法对其主体结构进行了详细的校核计算。结构静力计算包括转向架架车单元、车体架车单元和钢结构等。根据计算结果，在应力和位移相对较大的位置布置测试应变片，并对结构的应力和位移进行测试，满足各部位的承载要求。
五、自动化工艺设计的作用
通过引进自动化系统工艺设计，简化作业内容，优化换装工艺，降低作业人员数量，缩减作业时间。具体对比情况如下：
（1）简化作业内容。省去了解编、重新编组和调试的作业时间，该部分的作业时间节省约20%。
（2）优化换装工艺。采用轮对换装的自动化操作系统，通过自动化远程操作系统，涉及车体支撑自动定位、转向架升降和运输自动输送等，达到智能化和便捷化。与传统的人工作业、天车吊运和转盘运转输送对比，作业时间节省70%。
（3）降低作业人员数量。通过优化作业工序和引入自动化控制系统，省略了解编、重新编组和调试作业人员，且从转向架的转运方面也减少了作业人员数量。总体较之前的人员数量减少40%。
六、结束语
随着城际间列车需求数量的不断增加，在有效的时间内对车轮磨耗到限的轮对进行更换显得尤为关键。而通过对轮对换装的优化工艺设计和引进自动化控制系统，为城际车的有效利用和成本耗费提供了保障。同时，该种作业方式，也可为其它系列车型的轮对换装所使用，较大提高更换轮对的效率。
（作者单位：南车青岛四方机车车辆股份有限公司）