摘 要: 轮对由车轮车轴组成，是保证车辆安全运行的重要组件，由于受力情况复杂工作一段时间后易产生疲劳裂纹。因此轮对不解体时要求对防尘板座及轴身施行磁粉探伤检测。《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》: “清除各部位表面的油漆和锈垢，车轴外露表面须露出基本金属面。”因此轮对除锈质量，对保证下一道工序荧光磁粉检查质量，减少检测误差，保证运输安全具有重要意义。本设备可在规定时间内同时去除轴身、防尘板座锈垢。本文首先探讨轮对除锈设备目前状况和市场需求、确认立项意义和主要研究内容; 其次确定总体设计并根据除锈部分的特点设计相应的除锈清洗机构，保证设备性能及效率。本设备设计目的是使车轮的进出、清洗自动化，节约大量的手工作业，提高生产效率，基本上实现 4min /个，成本低并具有更大的灵活性，可适应不同产品规格。
关键词: 铁路货车; 轮对除锈; 机械结构; 液压系统; 控制系统
铁路货车轮对轴身与防尘板座区域除锈清洗是无损探伤基础。本设备提供 PLC 控制的进轮—清洗—出轮一体的全自动轮对除锈清洗机。整个设计过程参考现有技术的同时对原有问题进行了分析改进，力求结构可靠适应多种型号轮对，且清洗质量符合铁道部车辆检修工艺要求，成为轮对无损探伤前期清洗专用设备。
1 机械结构设计
本设备机械结构如图 1 所示。主要包括基础底架、清洗框架、转轮机构、推轮机构、缓冲机构、轴身除锈机构、防尘板座除锈机构、带升降门外防护罩等部分组成。其工作流程是: 推轮机构将轮对拨入转轮机构主、从动摩擦轮间，液压马达驱动摩擦轮旋转实现轮对自转。将轴身清洗机构钢丝刷压在轴身表面，横向移动油缸驱动两组轴身清洗机构往复移动除锈。防尘板座除锈清洗机构通过落刷气缸使仿形钢丝轮部分压在防尘板座面上，然后横向移动气缸带动防尘板座除锈机构轴向移动除锈。除锈完成后，推轮机构油缸伸出将轮对推出设备。
2 基础底架、清洗框架、带升降门外防护罩
基础底架安装在地坑中，清洗框架采用螺栓与基础底架连接便于平整度调整，其中清洗框架的导轨面为加工平面。设备的外部防护为 2. 0SPCC 钢板折弯扣接结构。防护罩骨架独立与基础底架固定在基础上，防止共振，抑制杂音。升降气缸通过传动机构利用直线导杆为轨道实现门组件开关，保证清洗过程在密闭环境下进行。
3 转轮机构
液压马达+行星减速机与转轮机构直连提供动力，万向联轴器连接实现两组摩擦轮同步旋转，旋转的摩擦轮与轮对轮缘接触实现轮对自转。由于需要喷水抑尘冲洗，因此采用液压马达作为动力，安全可靠。现有设备大多采用电动机+链条传动，电机外置隔离处理，电气防护风险大，链条易生锈失效。
4 轮对推轮机构及缓冲定位机构
为减少轮对对转轮机构轴承组的冲击，增加一组缓冲 机构吸收轮对势能延长轴承组使用寿命，降低了工作噪 声。轮对推入清洗工位时缓冲装置油缸伸出小滚轮托住 轮对，缓冲装置油缸收缩轮对在重力作用下平稳落至转轮 机构摩擦轮上，轮对采用轮缘定位方式。除锈结束后推轮 机构在油缸作用下利用杠杆将轮对推离除锈工位。
5 防尘板座与轴身除锈清洗机构
目前钢丝轮广泛应用于轮对除锈作业。传统的钢丝 轮驱动装置是电机或液压马达为主的皮带传动装置，使用 寿命短且需定期涨紧。除此之外，由于污水清洗时掉落的 钢丝必须设计一个三角带保护装置。液压马达直驱具有 相对紧凑的传动结构，环境适应性好，耐久性、可靠性高。
本设计除锈清洗机构均采用液压马达—法兰座—通用螺 旋伞齿轮换向器组合提供动力，结构紧凑、机械效率高。 防尘板座除锈清洗机构采用液压马达—法兰套筒—联轴 器—连接轴与钢丝刷相连，保护联轴器同时防止污水及飞 溅进入主轴内部。整个清洗机构通过滑块连接悬挂在清 洗框架上，采用直线导轨作为除锈装置的轴向轨迹，低阻 力，高精度。安装柔性风琴式防护罩对导轨进行防护。 防尘板座清洗机构落刷气缸带动钢丝轮下落时不能 完全贴合防尘板座根部，横向气缸沿轴向推动清洗机构并 通过弹簧靠近根部。轴身清洗机构与防尘板座清洗机构 类似，螺旋伞齿轮换向器为双输出轴，轴身除锈优化机构 采用四组轮刷加快清洗效率。 油缸驱动两组轴身除锈机构沿轴向移动，磁性开关作为 移动限位。为了消除轮对两端车轮直径差，清洗刷与悬挂架 直接采用销轴连接，使清洗机构可进行微小摆动，防止钢丝轮 过载影响寿命。在清洗框架上设置分水装置，并与各清洗机 构钢丝刷防护罩处喷嘴通过钢丝软管连接，马达启动时水流 向钢丝轮与轮轴结合处喷水达到清洗浮锈作用。
6 液压气动系统
本设备清洗机构、推轮机构、转轮机构采用液压执行， 落刷、除锈机构横移采用气动执行动作。各控制阀集中布 置在独立的控制柜中，防护性好，便于检修。 各工位清洗机构落刷气缸均配置独立的调压阀调整 工作压力，防止驱动装置过载。轴身除锈横移机构设置快 速回位功能提高工作效率。
7 电控系统
控制系统采用 PLC 作为主控制单元。系统程序分为 手动程序、自动程序两部分。通过各处设置的传感器判断 进轮状态、执行机构到位状态等信息，便于进行自动控制 及故障检测。人性化的人机交互界面方便操作者操作及 作业参数监控。
8 设备参数
电压: 380V AC。 功率: 60kw。 气压: ≥0. 6MP。 主机外形尺寸: 3800* 2500* 1800( mm) 。 边刷尺寸: D= 200( mm) T= 70( MM) 。 中刷尺寸: D= 250( mm) T= 60( MM) 。
9 设备特点
( 1) 轮刷旋转采用液压马达驱动，环境适应性好，安全 可靠; ( 2) 选用通用部件，维修方便，配件周期短; ( 3) 轴身 除锈采用双工位四轮刷结构，清洗效率高; ( 4) 无须对轮对 进行脱漆预处理，减少环境污染、减少操作者健康危害; ( 5) 轮对清洗工位设置缓冲挡，提高轮对旋转机构轴承使 用寿命; ( 6) 采用 PLC 控制，界面直观，操作简便，设置有 手动、自动两种作业模式。
10 结语
铁路车辆轮对检修采用流水线方式。轮对除锈是其中 一道工序，除锈质量达不到要求或者设备出现故障必然会 影响后续无损探伤检测。因此保证设备的可靠性是设计的 基础。由于工作环境较差，清洗机构结构尽量统一，减少零 部件种类，螺栓类标件通过表面处理达到一定防锈效果。
同时采用直线导轨副、滑动轴承、换向器、联轴器等标准化 零件，减少非标准零件的使用便于后期维修。无须对轮对 进行脱漆预处理，减少环境污染，降低对操作员健康的风 险。减少机械振动减少接触式检测方式进一步提高可靠 性。同时清洗部件中执行机构采用液压马达驱动，可满足 潮湿淋水环境工况，环境适应性好，安全可靠。优化产品的 机械结构，轴身清洗采用双工位四轮刷结构，清洗效率高。 本产品可有效清洗去除 RD2、RE2、RE2A、RE2B 等各型号货 车轮对轴身、防尘座板的油漆和锈垢，其清洗位置露出基本 金属面效果满足无损探伤要求。同时合理结构设计和控制 系统设计，大大提高了设备的使用寿命和可靠性。
参考文献:
[1]GB/T12817—2004，铁道客车通用技术条件.
[2]刘吉远，陈雷. 铁路货车轮轴技术概论. 北京: 中国 铁道出版社，2009.
[3]关慧贞. 机械制造装备设计. 北京: 机械工业出 版，2014
作者：苏 军 翟惠建 井 科
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