可编程控制器在列车轮对清洗机中的应用

李国直，李 颖，王 京

（北京铁路局 科研所，北京 100860）

列车轮对是高速列车运行的重要部件，为增加高速运行的可靠性，在检修作业中对轮对探伤质量的要求相应提高，需探伤的部位比原来也有所增加。列车轮对的清洗是轮对探伤前的必需工序，清洗的质量，直接影响着探伤的质量。对以往不做要求的轮对辐板，现在也纳入了清洗的范畴。轮对结构的改变，探伤要求的提高，使原有的轮对清洗机已不能满足当前清洗作业的要求，为确保铁路运输的安全，研制了适合于多种轮对及其辐板的轮对清洗机。

1 清洗机结构设计

1.1 轮对驱动装置的设计

普通轮对的结构为两个车轮组装在车轴上，应刷洗的部位为两轮中间的轴身，车轮辐板。带制动盘的轮对结构为两车轮中间有两个制动盘，制动盘使轴身形成3个应清洗的区间，区间距离分别为 110 mm、700 mm、110 mm。

轮对的驱动装置是由电机带动辊轮转动，轮对相对辊轮的定位方式是采用轮缘定位的方式，比踏面定位的方式提高了精度，保证轴身根部的清洗质量，增加了清洗机运行的可靠性。在两辊轮中间设计了缓冲装置，轮对推入清洗工位时，缓冲装置平稳下落，减少了轮对对辊轮的冲击振动，降低了工作噪声，延长了轴承及其相关件的使用寿命。

1.2 机械手摆臂的设计

主要结构设计包括1根主横梁轴，分别装上4个刷车轮大臂，大臂前端采用较短的小腕臂，腕臂用小液压缸来推动，使刷头靠紧车轮进行刷洗。主横梁轴用来完成大臂上下行程的动作，分2组。

第1组是内侧两大臂。内侧两大臂固定在内侧长1 321 mm的套筒管两端上，套筒套在横梁主轴上，动作靠外接摆动杆，通过一只63型液压缸来完成。液压缸的行程是280 mm。

第2组是外侧两大臂。外侧两大臂分别固定在两个套筒上，套筒用键固定在横梁主轴上。横梁主轴一端用摆动杆，通过63型液压缸完成动作的上下同步。

4个大臂分别用4只液压摆动缸，使每个大臂沿着臂的轴向旋转。每两组大臂转动动作是反向同步步进转动，使大臂前端的腕臂带动刷头，沿着车轮辐板面近似于法线方向进行随动刷洗。

2 PLC自动控制系统方案

可编程逻辑控制器（PLC）是一种数字式运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，与电动机和机械机构相结合，可完成由程序控制的规定动作和控制，在恶劣环境或人体无法接触的场合下能代替人工自动实现多种功能。轮对辐板清洗机的控制系统就是采用PLC产品来实现控制的，控制清洗机在清洗作业中的各步作业流程，提高列车的清洗效率和清洗质量。

2.1 PLC控制系统硬件配置

控制系统采用可编程人机界面控制器，控制器型号为XLt105，具有12点直流输入（4路HSC），12点直流输出（2路PWM），2路万能模拟量输入（T/C，RTD，mV，mA，V），2路模拟量输出（mA，V）。整个控制系统可以实现在线参数设置，且可选择自动运行模式和手动运行模式两种方式，加强了设备运行的稳定性和可靠性。

2.2 PLC控制系统软件设计

设计思路：本系统是一个多工步的顺序控制系统，可以运用模块化程序结构实现控制，具有结构简单、编程方便等优点。系统运行时，机械手臂的运转为间断式工作，所以使用顺序控制逻辑进行软件编辑，它的重点在于机械手臂每一个动作的时间和角度的控制，此外，还要重点采取防呆措施，避免产生安全事故。

设计软件作业流程如图1。

图1 清洗机作业流程图（部分）

车轮清洗系统的软件开发以Cscape（Cont rol Station Cent ral Appl ication Programming Environment）软件作为开发平台，此开发平台集合了传统的PLC梯形图编程语言以及画面的组态功能。软件开发界面如图2。

2.3 触摸屏界面设计

图2 软件开发界面

系统采用触摸屏按钮设计，可以进行触摸操作。启动后默认进入自动清洗模式并自检，也可以通过“模式”按钮进入按钮选择界面，手动选择清洗模式，在手动模式中，针对每一个机械手摆臂、液压缸以及马达都可以通过触摸屏进行操作，使机械手臂在任意位置时均可以安全回到原点；“设置”按钮可以设置轮对类型、清洗压力、清洗时间、是否洗轴等参数；“复位”按钮用于在遇到故障紧急停机后，恢复程序及机械手摆臂到初始位置。图3和图4分别为开机界面和模式选择界面。

图3 开机界面

图4 模式选择界面

3 结束语

高速列车轮对辐板清洗机是一个结构复杂，功能要求严格的成套设备，清洗结构采用模块化设计，易于安装和部件更换。控制系统采用可编程人机界面控制器，软件运行平稳，驱动机械手摆臂和清洗毛刷的动作精准，清洗流畅可靠，具有完善的安全保护功能，能够实现将严重锈蚀的带厚氧化皮的车轮辐板清洗干净，整体清洗效果良好。

[1] 朱德敏. PLC 技术在铁路电气化中的应用与发展[J]. 电气化铁道，2000（1）.