高速列车转向架智能组装关键技术研究

键词：高铁列车；转向架结构；智能化组装技术；智能拧紧系统；自动配送；视觉监测

传统的转向架组装方法主要依靠人工来完成，有很多问题如效率低下、质量稳定性差、工人劳动强度大等问题，已经很难跟上现在高铁生产的需求和质量要求。目前，随着智能制造技术的飞快发展，把智能技术引入高速列车转向架组装领域，实现转向架的智能组装，成为提高转向架生产质量和效率的必然趋势。智能组装技术可以利用各种自动化设备、传感器和计算机控制等手段，来精准控制和随时查看组装过程，可以有效提高组装的精度和质量的一致性，降低人工成本和劳动强度，从而进一步提高生产效率。因此，深入研究高铁转向架智能组装的关键技术，具有重要的现实意义。

一、智能组装系统架构设计

高速列车转向架智能组装系统属于很复杂的集成系统，它们的整体结构一般会包含感知层、传输层、数据层、应用层和决策层等部分。感知层主要工作是收集组装中的各类物理量和状态，比如扭矩、压力、位置、温度等数据，应用不同类型的传感器对组装设备和工件进行实时监控。传输层需要把感知层收集到的数据安全且快速地传送到数据层，传送方式可以用有线比如以太网或者5G 这样的无线网络。数据层需要对这些传输过来的数据要进行储存、管理以及做预处理，给应用层和决策层提供数据的支撑，这里可以用数据库或者大数据存储等技术。应用层就是实现具体的智能组装应用的各种功能，比如装配工艺规划、控制设备、质量检测等方面。决策层是根据数据层和应用层提供的这些数据信息，通过数据分析结合人工智能的一些算法，对整个组装过程做出优化的决策，比如预测设备可能出现的故障，或者调整组装参数等等

二、关键技术

2.1 智能拧紧技术

2.1.1 原理与系统组成

智能拧紧技术是用智能的设备来对螺栓等紧固件的精确拧紧控制。它的原理主要是用到了扭矩和角度传感器等，来监测过程中的力矩数值和旋转角度，然后控制器把这些数据和之前设定的参数做比较，当实际参数达到预设值时，控制器发出指令停止拧紧操作。智能拧紧系统通常由智能拧紧工具（如电动扳手、气动扳手）、控制器、传感器和数据采集与管理软件组合而成。智能拧紧工具直接执行拧紧操作，控制器负责对拧紧过程进行控制和管理，传感器实时采集拧紧数据，数据采集与管理软件用于存储、分析和管理拧紧数据。

2.1.2 优势及应用效果

和传统拧紧方法比起来，智能拧紧的好处很明显。首先，它能做到很精确的扭矩控制，扭矩控制精度能达到 ±1% 或者更高，这样确保螺栓连接可靠稳定。其次，智能拧紧的系统可以随时记录下拧紧过程的数据，比如扭矩大小、旋转角度和时间这些参数，方便后面帮助后续质量追踪和分析问题。比如，高铁转向架装配的时候，现在智能拧紧应用很广泛，这让转向架的组装质量得到很大提升。

2.2 自动化物料配送技术

2.2.1 自动化物流设备

自动化物料配送技术其实是需要用到很多高科技的物流设备。自动导航小车（AGV）就是其中非常重要的设备，它能按提前设定好的路线自动行驶，把材料准确送到需要组装的工位。AGV 具灵活、高效、可重复编程等特点，可以适应各种生产现场的布局变化和物流运输的需要。另外，自动化立体仓库也是关键的一环，它可以充分利用空间，实现物料的高密度存储和快速检索。通过这种仓库系统，物料的存取管理变得更加高效，可以及时满足生产线上的各种用料需求。

2.2.2 配送流程与控制策略

自动化的物料配送流程一般有入库、存放、分拣、运输和上线等步骤。当物料入库的时候，使用条形码、RFID 这些技术来做信息登记和标记，把物料的信息和自动立体仓库的管理系统相互关联起来。组装工位一旦需要物料，管理系统就会根据排产计划和物料需求，自动生成配送任务，调度 AGV 小车从仓库里拿对应的物料，然后照着最佳路线送到对应工作站。在运输过程当中，实时监控系统会跟踪和控制AGV 的运行情况，保证物料配送的及时性与准确性。

2.3 视觉检测技术

2.3.1 检测原理与设备

视觉检测技术是利用机器视觉系统对转向架组装过程中的部件尺寸、形状、位置以及装配质量等进行检测。它的检测原理检测原理是通过相机采集被检测对象的图像，然后接下来用图像处理的算法来对照片进行分析加工，把被检测物体的特征信息提取出来，再和提前设置好的标准模板或者参数做比较，从而判断被检测对象是否合格。视觉检测的设备主要有工业摄像机、镜头、光源和图像处理的软件。工业摄像机主要用来拍照，镜头要根据不同的检查要求选不同焦距和看的东西范围，光源用于提供均匀、稳定的照明，以提高图像质量，然后通过这些软件对采集到的图片进行各种分析与处理。

2.3.2 在组装质量检测中的应用

在高铁的转向架组装质量检查当中，视觉检测的技术起到非常重要的作用。比如，在转向架构架的焊接质量检查时候需要用视觉检测系统来查看焊缝的外观，比如焊缝宽度是多少、高度是否达标、有没有裂缝等缺陷，从而保证焊接质量达到规定标准。在轮对的组装检测方面，视觉检测用来测轮子的直径、轮辋厚度、轮对内侧的距离等参数，同时检测轮对表面是否存在裂纹、擦伤等缺陷。

结论

高铁转向架智能组装关键技术的研究和应用，对提高高铁生产质量还有效率来说有很大意义。智能拧紧技术、自动化物料配送技术和视觉检测技术等关键技术的应用，有效提升了转向架组装的精度、质量和效率，降低了劳动强度和生产成本。未来，随着智能制造技术的发展与进步，高速列车转向架智能组装技术将朝着更加智能化、自动化和集成化的方向发展，为高速列车行业的发展提供更有力的支持。

参考文献：

[1] 赵长龙 , 王田天 , 冯永华 , 等 . 高速列车转向架结冰特性风洞实验研究 [J]. 湖南大学学报（自然科学版）, 2024, 51(2):121-131.

[2] 张洪军 , 王钟辉 , 徐育敏 , 等 . 高速列车转向架区域远场气动噪声计算方法探究 [J]. 机车电传动 , 2024(3):53-60.