双层轮对立体存放库技术方案的设计研究

【摘 要】针对机车轮对轮径尺寸大、种类多、结构复杂的特点以及其存放所需场地面积大，结合用户需求及现场安装条件，对轮对立体存放库设计方案进行研究，设计为双层立体存放，三列纵向布置结构，具有方便存取，节省空间的特点；建立轮对标识信息管理，便于管理。

【Abstract】The locomotive wheel set has characteristics of large wheel diameter size， various types and complex structure， and the area required for its storage is large. According to the requirements of users and the installation conditions on the spot， the design scheme of the wheel set stereoscopic storage warehouse is studied. It is designed as double layer storage， three row vertical arrangement structure， which has the characteristics of easy to access and space saving and so on. Establishing the information management of wheel set identification is easy to manage.

【关键词】轮对；立体库；优化

【Keywords】wheel set； stereoscopic warehouse； optimization

【中图分类号】TU312 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）07-0177-021 问题的提出

机车轮对具有轮径尺寸大、种类多、结构复杂的特点。机车检修运用部门所储存的机车轮对绝大部分放置在地面或钢轨上。当储存的机车备用轮对数量较多时，因占地面积大，挤占大量生产作业空间，对生产单位现场管理造成了诸多不便。

采用智能堆垛式立体库存放方式，需建造专门的厂房进行安装，造价高昂，轮对移动或取出需堆垛机等机电设备进行输送，机电设备需专人维护保管，消耗电能，一旦发生故障即无法使用。

本方案是由三列结构相同的双层轮对存放装置组成，用于标准轨距机车轮对的存放（如SS4、HXD1、HXD3等），也可用于各种标准轨距的车辆、地铁轮对的存放，非常适合机车检修单位现场使用。存放数量可以按用户需要进行定制，所存放的轮对可带有轴箱和抱轴箱，每条轮对重约4吨，每条轮对均可单独吊运取出。

1—起重机；2—双层轮对立体存放装置；3—送轮轨道

2 技术方案

根据用户需求及现场安装条件，轮对立体存放库设计方案如下。

2.1 总体结构

根据现场条件，轮对存放库设计为两层立体存放，三列纵向布置。轮对存放方式为上下两层。下层为固定式存放，每列共存放18条；上层为8个可活动的存轮小车，每个小车存放2条轮对，共存放16条轮对，空余两个轮位，用于吊出下方轮对。

轮对立体存放库总长24m，宽11m，可容纳102条轮对的存放需求。本装置最外侧有送轮轨道，通向生产场所；吊出的轮对可经由轨道推送至生产场所，也可就地进行转向架构架与轮对的组装。

2.2 底架钢结构及轨道梁

存放库底架以工字钢立柱支撑，左右立柱顶端各安装一个轨道梁。考虑到强度和稳定性，轨道梁采用工字钢结构，并沿纵向布置多个筋板，增强了承重能力。轨道梁上部导轨面整体加工成型，便于活动小车滚轮在上面进行直线运动。

2.3 上层活动小车

轨道梁上层放置多个活动小车，每个活动小车可存放2条轮对，小车自重884kg，轮对自重4400kg。下层轮对与活动小车垂直方向有80mm间距，上层活动小车可在轨道梁上自由移动。小车左右两侧安装20个带螺栓的滚轮滚针轴承，间距200mm，便于小车前后移动。小车下方悬挂推力气缸，气缸活塞杆移动方向靠换向阀控制。推力气缸采用φ120mm标准气缸，在（0.4～0.6）MPa工作气压下可提供2100N的推力，大于活动小车轴承在轨道梁上的的滚动摩擦阻力，计算过程如下：

推力气缸提供的驱动力施加在滚轮轴承上的力矩M’=F·r，其中F=2100N，滚轮半径r=40mm，M’=F·r=84 N.m。

滚动摩擦力矩M=σ·Fn，式中正压力Fn=（4400×2+884）×9.8=94903N，滚动摩擦阻力系数σ取0.05cm，则M=σ·Fn=0.05×94903/100=47.45 N.m。

2.4 运输与安装

轮对存放库体型大，整体运输较为困难，因此，采用分步制造的方式。制造加工时在制造厂进行焊接、加工和组装后，分段运输到现场进行安装。立柱与地面采用地脚螺栓进行联接固定，整个轮对存放库安装完毕后，进行外观处理。

2.5 轮对存取方式

存放库上层轮对可直接用天车吊取。下层轮对吊取时，用压缩空气将气缸活塞杆推出2m距离或用手推动小车，小车两侧的滚轮在轨道梁上滚动，将小车从原位置移开，小车移开的空间最大可达2.4m，足以取出下层轮对。

1—底架；2—下层支承座；3—轨道梁；4—上层活动小车；

5—端梁；6—气缸；7—轨道梁连接板；8—滚轮；9—换向阀

3 轮对存放库结构计算

本装置整体为钢结构组成，单列底架及活动小车承载总重70.4吨，底架、轨道梁、上层活动小车框架承载强度及变形量需经有限元分析计算。经分析计算，下层底架的最大应力小于150MPa，变形量为0.80mm。活动小车框架最大应力220MPa，变形量为1.06mm。整体结构应用有限元分析进行了优化改进，刚度、强度均满足钢结构承载要求。

4 轮对标识信息

轮对立体库每个存轮位按排列位置编号，每条轮对外侧悬挂标签卡，记录轮对信息，包括位置编号、机车型号、轮对组装年月、制造单位、车轴编号、收入时间等信息，也可采用二维码记录以上信息。轮对立体库配置微机、平板电脑，用于现场记录轮对信息，便于管理查询。

5 结语

与现有技术相比，本方案具有如下优点：

① 本装置取用轮对方便，坚固可靠，能大量节约轮对存放场地空间。本装置在现有车间厂房内安装，与生产场所相邻，取用方便；移动轮对所用气缸的气源与车间既有压缩空气管路相连接，不必另行安装空压机房。

②本装置可用于各种车型标准轨距机车轮对的双层立体存放，也可用于车辆、地铁轮对的立体存放。所存放轮对可以带有轴箱、抱轴箱等配件，单条轮对设计存放质量可达4400kg。每个轮对存储位置完全固定，可进行唯一性编号，便于进行信息化管理。

本裝置既适用于大型轮对存放库，也可在生产现场安装用于小批量轮对存取，安装灵活，维护方便，还可根据需要进行后期扩展，实用性强，对于提高生产现场场地利用率、方便操作有显著的效果，经安装应用验证，收到了良好的效果。

【参考文献】

【1】洪清泉，赵康.Optistruct&HyperStudy理论基础与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2013.