鐵路貨車Z1修多功能作業車集成化研究

摘" 要：國家能源集團將鐵路貨車“狀態修”具體細分為4個級別，該文針對Z1修整備線存在的問題進行調研與分析，對閘調器調整、更換支撐桿、更換旁承滾子和更換鉤托梁尼龍磨耗板等作業的快捷工裝，以及將上述多套工裝的模塊化集成整合技術進行研究，提供Z1修多功能作業車及配套裝備整體實施方案。該文提出的Z1修多功能作業車具有模塊化、集成化、高效運行、安全可靠和多功能靈活柔性化作業等特點，可以為鐵路貨車Z1修裝備線優化升級應用提供參考。

關鍵詞：鐵路貨車；狀態修；作業車；工裝；支撐桿；模塊化

中圖分類號：U279" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）17-0090-04

Abstract： The State Energy Group divides the \"condition-based repair\" of railway freight cars into four levels. In this paper， the problems existing in Z1 repair and preparation line are investigated and analyzed. The quick tooling for the adjustment of brake conditioner， the replacement of supporting rod， the replacement of side bearing roller and the replacement of hook beam nylon wear plate， as well as the modular integration technology of the above multiple sets of tooling are studied. The overall implementation scheme of Z1 repair multi-function vehicle and supporting equipment is provided. The Z1 repair multi-function vehicle proposed in this paper has the characteristics of modularization， integration， efficient operation， safety and reliability， multi-function and flexible operation， which can provide reference for the optimization and upgrading application of railway freight car Z1 repair and equipment line.

Keywords： railway freight car; condition repair; working vehicle; tooling; support bar; modularization

鐵路貨車“狀態修”是指在貨車車輛基本結構與關鍵零部件實時監測、數理統計和科學分析的基礎上，探索貨車精準施修的工作方式[1]。針對不斷加大的萬噸重載運輸，特別是部分周轉頻次高、磨耗加劇的車輛，“狀態修” 的檢修模式，能夠避免“計劃預防修”模式的“過度修”和“不足修”，具有針對性更強、更經濟的優勢[2-4]。國家能源集團作為國內最大的專業化鐵路移動裝備的能源企業，完成鐵路貨車“狀態修”工藝規程體系編制，將貨車“狀態修”具體細分為4個級別，簡稱為Z1修、Z2修、Z3修和Z4修[5]。其中，Z1修是指國家能源集團鐵路貨車狀態修檢修規程中的狀態修修程1。

1" Z1修整備線存在的問題調研與分析

針對國能鐵路裝備公司肅寧分公司黃驊港Z1修整備線上可能涉及的檢修項目[6]進行了調研，其整備線共有2條線，有效長度892 m，具體存在問題分析如下。

1.1" 人工調整閘調器重復工作量大

全列車更換閘瓦，需要先逐車調整閘調器，由人工手持閘調器調整工具逆時針轉動閘調器外體3圈左右，待換完新閘瓦后，再次反向調整閘調器。如C80車型配置了雙側制動裝置，每輛車需要調整2個閘調器，反復調整閘調器時長約5 min以上，一條整備線上54輛車調整閘調器耗時約270 min。且該閘調器是安裝在C80車輛兩端的高位平臺上，檢修人員上下不便，只能站立在離閘調器較遠的位置，用加長桿的手動調整工具調整，重復作業工作量較大。

1.2" 更換支撐桿作業勞動強度較大

檢查更換支撐桿是在整備線上列車不解編情況下，人工進入車體內部作業。在車體內部沒有大型機械化工裝設備的作業位置，支撐桿每根重量80 kg左右，穿圓銷孔固定位置距離車廂底面高度1.6 m，目前是由人力搬運到車體內部，再由2個人配合抬起一端，舉起對準銷孔，穿上圓銷，再抬起另一端，調整孔距，穿上圓銷，操作者體力消耗較大，工時較長，同時還存在較大的人身安全的隱患。

1.3" 更換旁承滾子作業需要安全高效架車作業

更換旁承滾子作業，需要架車騰出更換作業空間。目前架車作業是在車鉤支撐座處通過單套手動液壓千斤頂架車，架車效率較低，且單點架車有一定的安全隱患。整備線長，需要架車點位較多。

1.4" 更換鉤托梁尼龍磨耗板作業空間狹小

為滿足重載列車連掛的互鉤差標準，需要調整更換鉤托梁尼龍磨耗板。因鉤托梁尼龍磨耗板作業空間狹小，采用普通的手動工具很難操作完成，且手動更換作業有一定的安全隱患。

1.5" 整備作業線長且長列車不解編作業，輔助作業時長影響作業效率

目前，Z1修整備線距離長，且長列車不解編[7]作業。因此，作業時所需零配件、工裝工具配送和收放等輔助作業時長將直接影響作業效率。

綜上所述，針對上述所列實際問題，研究適用于Z1修整備線作業的多功能作業車及配套裝備，具有現實必要性和廣泛的應用前景。

2" 研究內容

擬研發閘調器調整、更換支撐桿、更換旁承滾子和更換鉤托梁尼龍磨耗板等作業的成套快捷工裝，并將上述各式快捷工裝形成模塊化，進一步優化整合成Z1修移動作業車，具有模塊化、集成化、高效運行、安全可靠和靈活柔性化作業等特點。

2.1" 研發適合調整閘調器作業操作的電動工裝

將根據閘調器的外形特點，并結合實際的操作動作，設計專用的電動并具備握持、轉動閘調器功能的工裝。

2.2" 研發適合現場作業環境的更換支撐桿作業成套快捷工裝

研發更換支撐桿作業的快捷工裝，主要解決支撐桿的安裝對位和車體內外傳送的問題。首先，根據車體內部作業空間小、支撐桿重量重、抬升對位位移大、支撐桿的安裝孔距與車體安裝座距離不均等問題，支撐桿安裝對位的快捷工裝將考慮輕量化，電動助力抬升，并兼具支撐桿車體安裝座距離調整功能。研發支撐桿在車體內外傳送機構，沿下側門門口通道實現支撐桿的車體內外傳送。

2.3" 研發適合現場作業環境的更換旁承滾子作業的快捷工裝

更換旁承滾子的快捷工裝，根據整備作業線長，架車點多等特點，在列車不解編的前提下，研發安全快速的架車方式，騰出更換旁承滾子的作業空間。旁承滾子的取放將通過研發手動專用工具解決。

2.4" 研發適合現場作業環境的更換鉤托梁尼龍磨耗板作業快捷工裝

研發更換鉤托梁尼龍磨耗板快捷工裝主要用于鉤托梁尼龍磨耗板丟失、破損以及車鉤高度不符合技術要求時的快速更換。根據車鉤鉤體重量大，更換作業空間狹小的特點，依據鉤體和車鉤沖擊座之間的外形空間結構，采用便攜式液壓動力源，設計出組合式液壓動力工裝，在列車不解編的前提下快速完成鉤托梁尼龍磨耗板的更換。

2.5" 多套工裝集成模塊化

將研發閘調器調整、更換支撐桿、旁承滾子和鉤托梁尼龍磨耗板等作業的成套快捷工裝形成模塊化，配置移動駕駛裝置、配套的統一動力源、總控模塊，配套吊裝電子伺服助力機械手及材料供應模塊等進一步研制出Z1修多功能移動作業車。

3" 實施方案

3.1" Z1修多功能作業車

Z1修多功能作業車擬由人工駕駛，適合狀態修（Z1）整備線上長列車不解編作業，具備一定的障礙通過能力，由定制的電瓶車移動底盤、電子伺服助力機械手、支撐桿運載及傳送平臺、更換支撐桿、旁承滾子、鉤托梁磨耗板和閘調器調整等快捷工裝及能源控制供應模塊等組成（圖1）。移動作業車采用定制電瓶車移動底盤，移動底盤外形長寬高尺寸在 3 600 mm×1 400 mm×1 800 mm以內。該底盤以蓄電池組提供動力，采用進口CURTIS變流電控和國內知名品牌的交流電機技術，可進行無級調速，便于駕駛操控對位。整個電動移動底盤高效節能，具有可靠性好，操作舒適，動力強勁等特點。該多功能移動作業車提供統一的快接220 V供電動力源和63 MPa液壓源。

3.2" 電子伺服助力機械手

電子伺服助力機械手設計采用定制的折疊臂式Ai智能提升機，其核心部件伺服系統、伺服驅動器、伺服電機和行星減速機等采用進口部件，電源供應由電動底盤中蓄電池通過工頻逆變器輸出提供，實現無級變速控制、遙控與懸浮模式、電磁剎車和超載保護等功能。

3.3" 支撐桿運載及傳送平臺

支撐桿運載及傳送平臺機構安裝在多功能作業車的尾部，通過液壓控制，具備液壓升降、轉位、傳送等功能，升降采用由液壓控制的升降架，轉位采用具有限位功能的手動控制轉動機構，設有吊裝支撐桿工作位、運載支撐桿工作位、傳送支撐桿工作位。

支撐桿運載及傳送平臺吊裝支撐桿工作位，將平臺下降高度，便于操作支撐桿吊裝上位。

支撐桿運載及傳送平臺運載支撐桿工作位，將平臺轉動到順車行駛方向，在車體寬度以內，便于多功能車駕駛操作。

支撐桿運載及傳送平臺傳送支撐桿工作位，將平臺調整高度，轉動對正車輛下側門門口，便于支撐桿向車體內部傳送。

傳送平臺上設置有液壓控制的開門裝置、前伸輔助托軸機構和支撐桿傳送裝置，傳送平臺設計有可裝載3根支撐桿的卡裝槽，可將支撐桿U型彎朝上吊裝放入，卡裝槽內設計配裝6組驅動橡膠輪，每2組橡膠驅動輪通過傳動帶輪、帶輪漲緊機構、三角帶等一起聯動；卡裝槽對應支撐桿分別設置頂升液壓缸；支撐桿運載時，其前伸輔助托軸機構回收，將支撐桿卡裝在槽內；支撐桿傳送時，先將其前伸輔助托軸機構伸出，對正車輛下側門門口，并將支撐桿傳送控制液壓缸升起，對應槽內的支撐桿被頂起。啟動支撐桿橡膠驅動輪，根據車輛支撐桿的需求，手動按動遙控器，控制對應液壓缸落下，對應槽內的支撐桿與驅動橡膠輪接觸，在橡膠輪轉動的情況下帶動支撐桿前行，直至將支撐桿沿下側門門口通道傳送到車輛內部，實現支撐桿的車體內外傳送。

3.4" 更換支撐桿快捷工裝

支撐桿安裝的快捷工裝，需要在鐵路運煤敞車內部將一根重80 kg左右的支撐桿，從車廂底面抬升到1 600 mm高度的支撐桿安裝座處，調整對準銷孔，穿上圓銷，再抬起另一端，調整車廂兩側墻之間的支撐桿安裝座孔距，穿上圓銷。

由于運煤敞車車廂內部作業空間狹窄，下側門門口寬度和高度有限（900 mm×850 mm），較大體積和重量的工裝很難進入作業。支撐桿安裝的快捷工裝，依托車廂側墻頂部做支撐，對支撐桿采取電動助力提升的方式，主要由定制的電動絞盤、尼龍輪滾動卡裝機構、專用特殊輕質材料的曲柄吊架、操作手柄和便攜鋰電動力源等組成，車體內支撐桿吊裝對位以電動絞盤為動力源，曲柄支架吊掛在車體上邊梁上，并可沿車體側墻上邊梁移動。將待裝支撐桿通過專用卡具吊裝一端，實現對位安裝。

3.5" 更換旁承滾子快捷工裝

更換旁承滾子快捷工裝，主要通過由便攜式電液動力源提供動力的電液架車機構解決安全快速架車問題，電動液壓架車機構配置2套，每套可獨立完成車體一側旁承墊滾子的更換作業。旁承滾子的取放將通過研發手動專用工具解決。

轉向架上旁承滾子與車體、側架、搖枕之間作業空間位置非常狹窄，需要先根據搖枕端頭和旁承體之間的空間位置設計出一套異形架車支架，異形架車支架放置于搖枕端頭與側架之間，在架車支架與車體橫梁之間放入二級液壓缸，通過向下壓縮枕簧，向上頂升車體，騰出約150 mm更換旁承滾子所需的作業空間，放置好安全支撐裝置，通過專用工具取放旁承滾子；更換旁承滾子的安全性通過低高度架車的電動液壓安全頂升式架車裝置，機械式固定高度安全支撐裝置和無須作業人員手臂等身體部位進入架車區域的專用取放工具得以保障（圖2）。

3.6" 更換鉤托梁尼龍磨耗板快捷工裝

研發液壓控制專用調整支架，調整支架卡裝在車鉤沖擊座內。調整支架上邊框通過磁吸方式固定于車鉤沖擊座上邊，調整支架下面液壓缸勾貝桿上固定有卡裝支腳，以防止液壓缸作業時傾斜。

調整支架上的連掛鋼絲繩固定車鉤，通過液壓缸伸出，壓縮支撐座彈簧，使鉤頸下平面與車鉤尼龍磨耗板間產生40～50 mm更換間隙，在列車不解編的作業狀態下，再通過專用手動工具撬動更換磨耗板。液壓調整支架由便攜式電液動力源提供動力。

3.7" 電動閘調器調整工裝

閘調器的電動調整工裝由安裝座、驅動盤、二連桿機構、弧形夾爪和電機減速機總成等組成（圖3）。二連桿機構通過橡膠塊與閘調器的外體接觸，弧形夾爪匹配在閘調器外體的外側，開啟電機，電機旋轉，通過二連桿機構的搖擺運動將力傳遞至橡膠塊，橡膠塊擠壓閘調器外體，通過弧形夾爪的限制作用，使得閘調器外體發生間歇性轉動；轉動3圈左右自動停止，閘調器正向調整完畢。待車輛更換閘瓦后，再反向驅動調整閘調器。

4" 創新點分析

第一，研發的Z1修多功能作業車提供一套集成模塊化移動作業平臺，通過集成快捷工裝模塊，實現人機結合的半機械化作業，減少輔助作業時間，從而提高整備作業效率，適合整備線上推進式整備作業。

第二，該Z1修多功能作業車集成更換支撐桿、旁承滾子、鉤托梁磨耗板等快捷工裝功能模塊，配置電子伺服助力吊裝機械手和外供電源、液壓源等，合理利用作業車空間，簡化Z1修裝備的配套結構和能源配置，減少重復配套或分散配置所產生的成本。

第三，便攜式支撐桿更換工裝適合運煤敞車內部作業，減輕勞動強度，提高工作效率，避免發生較大的人身安全隱患。

第四，更換旁承滾子的快捷工裝適合單側作業、安全可控，經過試驗驗證，由單人操作，6 min以內可完成單個旁承滾子更換。

第五，更換鉤托梁尼龍磨耗板快捷工裝采用便攜式液壓動力源，為更換鉤托梁尼龍磨耗板提供足夠的操作空間，由單人操作，經過試驗驗證，5 min以內可完成單個鉤托梁磨耗板的更換。

第六，電動閘調器調整工裝將傳統的手動調節方式改進為電動自動調節，降低檢修員的勞動強度，降低了檢修和維護過程中安全事故的發生率，結構簡單便攜，調整效果準確可控。

5" 結束語

本文針對Z1修整備線上存在的問題進行了調研分析并對Z1修多功能作業車及配套裝備的技術進行了探索研究與試驗，經整備線現場驗證的實施方案一定程度上解決了目前Z1修整備線存在的問題，為Z1修的機械化和自動化提供了改進性貢獻，為我國鐵路貨車狀態修裝備線優化升級提供了參考，但是隨著鐵路貨車Z1修的進一步開展，還需要更廣泛更深入的適應性研究工作。

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