铁路货车底架翻转机的设计与应用

沈 军

（中铁物总资源科技有限公司，合肥 230601）

随着铁路的高速发展，具有相当规模的铁路货车进入报废期。有关数据统计显示，全路每年有超过21 000辆货车需要报废处置。报废的铁路货车通常经过拆解处置，按照分级分类再利用原则对不同零部件进行修复处理，其中不能继续使用的按照废钢销售[1]。在废旧货车拆解生产线中，底架翻转是关键工序之一。铁路货车底架结构具有特殊性，上部是平板结构，支撑货车车厢，下部是型钢结构并和转向架配合。从上部拆解底架工艺实现较困难，需将其翻转180°进行拆解。

过去在户外拆解场地进行铁路货车拆解时，底架常常通过吊车吊装并人工辅助翻转，效率低下，安全隐患较大，在工厂化生产中不宜采用。铁路货车底架翻转机是针对铁路货车拆解设计制造的，翻转效率高，安全系数高，并能实现工厂自动化生产，在现场应用中取得了良好的使用效果。

1 铁路货车底架翻转工艺设计

为了更好地实现铁路货车底架翻转180°要求，便于后续底架的切割拆解，将其翻转工艺过程设计如下。

（1）底架定位。有轨制导车辆（Rail Guided Vehicle，RGV）底架从主线经过换轨进入翻转工位，利用光电传感器进行定位，如图1所示。

（2）底架装夹。底架定位完成后，RGV轨道车的提升机构将底架提升到一定高度。如图2所示，翻转机包含两部分，分别为翻转机L和翻转机R，且两者同步作业。翻转机L从原点位L0沿导轨纵向平移到工作位L1，翻转机R从原点位R0沿导轨纵向平移到工作位R1，下夹紧机构将底架提升到适当高度，上夹紧机构和下夹紧机构配合夹紧底架；RGV轨道车提升机构复位，从翻转工位退出，并移动到下一工位，输送用于辅助底架切割的托盘。

图1 底架定位

图2 底架装夹

（3）底架翻转。翻转机L和翻转机R同步翻转，将底架翻转180°。RGV轨道车输送底架托盘到翻转工位，并完成定位，将托盘提升到一定高度。下夹紧机构松开，上夹紧机构缓缓下降，将底架放置于托盘上；翻转机L从工作位L1沿导轨纵向复位到原点位L0，翻转机R从工作位R1沿导轨纵向复位到原点位R0，然后翻转机L和翻转机R全部复位，如图3所示[2]。

图3 底架翻转

（4）底架输送。RGV轨道车载运底架和托盘从翻转工位经过换轨进入底架切割工位，进行铁路货车底架的切割拆解，如图4所示。

图4 底架输送

2 翻转机的结构组成及设计要求

综合考虑中铁物总资源科技有限公司铁路货车拆解的车型以及底架的重量、规格尺寸等信息，设计翻转机主要技术指标。根据铁路货车底架翻转工艺方案，翻转机主要由机械本体、液压控制系统和电气控制系统3大部分组成[3]。RGV轨道车单独定制采购，并配合翻转机使用。

2.1 主要技术指标

铁路货车底架翻转机主要技术指标如表1所示。

2.2 机械本体

翻转的对象为铁路货车底架，长度约14 000 mm，宽度约3 250 mm，翻转所需要空间较大。整个底架翻转采用RGV轨道车配合翻转机作业的方案。RGV轨道车用于底架的输送及辅助底架的提升。由于底架长度和宽度尺寸均较大，翻转机设计尺寸相应增大。考虑翻转工艺的可行性、底架翻转的安全性以及设备维护的方便性，此翻转机由左右两部分翻转设备组合完成[4]。左右两部分翻转设备安装于地坑，如图5所示。在厂房建造施工过程中，地坑预先安装预埋钢板，地坑深度为1.7 m，长宽均为6 m。

图5 翻转机总成示意图

左右两部分翻转设备的机械本体包括翻转机构（如图6所示）、夹紧升降机构、驱动组件、平移机构（如图7所示）及底座等。

翻转机构由回转齿圈、回转滚轮组件等组成。回转齿圈由齿条、滚轮轨道及钢结构组成。齿条、滚轮轨道及滚轮采用Cr-Ni-Mo低碳合金钢，经渗碳、淬火及低温回火工艺制作而成。钢结构采用Q345b，经过下料、焊接等工艺制作而成。

夹紧升降机构由上夹紧臂组件、下夹紧臂组件及夹紧油缸等组成。上下夹紧臂组件安装在回转齿圈的钢结构上。夹紧油缸既有夹紧底架的功能，又有将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轨道车配合夹紧机构的油缸完成。

驱动组件包括翻转驱动组件和平移驱动组件，采用电机驱动方式。翻转电机通过动力齿轮组连接回转齿圈。平移电机通过动力齿轮组连接平移机构齿条。

图6 翻转设备结构示意图

图7 平移机构结构示意图

平移机构由平移滑台、直线导轨及齿条等组成。平移机构上安装位置传感器，可以根据翻转不同车型底架调整平移行程。平移滑台的制造要保证上下安装面的平行度和平面度。翻转机构底部设置防侧翻滚轮架。防侧翻滚轮架、回转滚轮组件以及驱动组件均安装在平移滑台上。防侧翻滚轮架和回转滚轮组件起主要支撑和辅助翻转作用。防侧翻滚轮架和回转滚轮的基座结构件均采用Q345b钢板制作而成，以保证结构的强度。

底座由方钢、钢板等焊接而成，安装在设备地坑预埋钢板上。

2.3 液压控制系统

此翻转机液压系统主要由液压泵站、控制阀、液压油缸及液压附件等部分组成，主要应用于夹紧升降机构[5]。夹紧升降机构的夹紧油缸配置同步阀和液压锁，保证了油缸运行的同步性和稳定性，可有效防止翻转机系统突发故障时液压油缸急速下落情况的出现，提高了设备的安全性。

2.4 电气控制系统

此翻转机的电气控制系统采用西门子等品牌的元器件，内部具备互锁功能。只有当RGV轨道车载运底架完全到位并提升到一定高度后，翻转机才进行底架提升、夹紧等动作。夹紧完全后进行翻转动作，有效防止系统误操作，消除安全隐患。电气控制系统可实现不同铁路货车车型底架的变距夹持和自动翻转。夹紧升降机构、平移机构和翻转机构在工作时可以在任意位置锁定，便于技术人员或维修人员开展检查或维修作业。翻转机外围设置安全护栏和安全光栅，可以保障底架翻转周围环境的安全，提高设备的安全性和可靠性。

3 应用现场

现已制造使用铁路货车底架翻转机1台，在中铁物总资源科技有限公司生产基地废旧货车拆解生产线投入使用，用于底架翻转，如图8所示。目前，铁路货车底架翻转机已投入使用半年，完成了多台铁路货车底架的翻转工作，使用效果良好，安全性较高，提高了底架翻转和切割的效率，实现了底架自动化翻转，提高了废旧货车拆解生产线的自动化率。

图8 翻转机正在翻转铁路货车底架

4 结语

铁路货车底架翻转机的应用解决了底架翻转效率低下的问题，同时为后续底架切割提供了工艺便利性，突破了铁路货车自动化拆解的重要瓶颈，对公司铁路废旧货车拆解业务实施具有重要的促进意义。

该翻转机具有以下特点：

（1）通过外部合作科研院校的力学计算和有限元分析，翻转机的本体结构总体结构设计合理，性能安全可靠；

（2）翻转机可适用于不同类型铁路货车底架的翻转，适用性较强，便于工厂多车型生产；

（3）翻转机液压系统油缸运行同步，电气系统具有互锁功能，提高了设备的安全性和可靠性。

现场应用表明，该铁路货车底架翻转机设计合理可靠，可以满足铁路货车拆解时底架翻转180°的要求。