关键词：铁路货车；生产线；设计；技巧
1 生产线的分类和组成
铁路货车生产线是根据产品的生产工序和节拍进行分解，单机作业的情况是需要天车为各工序的工位上料和下料，变成生产线后，只需要在生产线的头上料，在生产线的尾下料，这样就节省了吊件和卸件的时间，也回避了各工序急等天车的瓶颈问题。
生产线是通过几个工位完成组装、分解或加工的生产线。铁路货车产品的流水线从小的零件车轮车轴加工流水线到大的车体组装生产线，形态各异，内容丰富，其主要有下几种方法分类：
1. 按空间结构分: 托起式生产线和悬挂式生产线。托起式生产线的特征是工件在地面的支架上，主要靠支架上的链轮传动工件运动，一般应用在没有坠落的物体上。悬挂式流水线的特征是工件在悬挂的支架上，主要靠支架上的链轮传动工件运动，一般应用在有坠落的物体上，下面便于收集有坠落的物体。比如车钩抛丸处理生产线，要收集丸料；其特点是要有拉紧装置，否则链轮和链条不能正常工作。
2.按顺序分为：组装线、分解线和分解组装混线。新造的零部件一般为组装线，修造的零部件一般为分解线，零部件去旧换新为分解组装混线，如侧架线。
3.按走向分为：直线型和曲线型。便与传动，一般都为直线型，为两件装配，两条生产线并线，会出现曲线型，如轮轴加工生产线。
4. 按冷热工艺分为：冷加工流水线和热加工生产线。热加工生产线的传动件除考虑承载外，还要考虑耐热，避免受热变形失效，比如制动梁的梁架生产线。
典型案例（一）托起式和悬挂式生产线
图1 托起式和悬挂式生产线
托起式和悬挂式生产线，见图1，其左图为枕梁组焊生产线，生产线中有翻转等功能。其右图为车钩涂漆生产线，在车钩进行涂漆和烘干时，流水线上要收集坠落的油漆。在非工作区有拉紧装置，利用重物通过定滑轮拉紧，做到链轮随时磨损，随时拉紧。根据需要，悬挂式生产线在工作区，吊钩上配有齿轮，在有齿条处可实现工件一边走一边旋转；也可以在定点位置，吊钩上的齿轮与有外动力旋转的齿轮啮合做旋转运动。
2生产线的方案和结构设计
生产线的方案和结构设计，涉及多方面的因素，合理的综合考虑可以极大地提高效率。
首先是根据生产各工序设备和装备的空间布局进行展开设计，生产线可能在设备和装备的侧面、上面、下面或穿在其中，多种方式进行传动布局的选择。比如美国的车轴生产线，设备是普通的数控机床，所以其传动生产线在设备的侧面，而我国在选数控机床时，特在机床的中心予留有空间，目的是设有车轴的顶起装置，这样其传动生产线就可在设备的上面。
其次是选择传送的动力方式，根据工件的重量，设计传动载荷，选用辊子或链子，重载传动可用双排链子。比如，中梁生产线的传动，选用减速电机、辊子和万向节联轴器，做为传送的动力。
第三是根据产品的形状，合理选择与工件接触的载体，保证其在流水线上安全传送，避免磕碰和倾倒伤人。规矩的工件可以直接放到流水线上，不规矩的工件要在流水线上设置隔珊，避免倾翻后相互干扰，或设计托盘保证其处于稳定状态。对于悬挂式生产线，要保证工件的重心与轨道的中心一致，避免倾斜，链条过载磨损。
第四是生产线的功能扩展。生产线的功能扩展可以节省装备的功能，根据工艺要求，对工件进行定位、夹紧和翻转；传动系统做升降的功能扩展。
典型案例（二）直线型的生产线传动
图2车轴生产线
车轴生产线，见图2，车轴输送架的轨道前低后高，保证车轴靠自重沿斜面缓缓滚下，而不需要外力作用。在输送架上装有分轴装置，由分轴盘和控制其做旋转动作的油缸组成。由于分轴盘形状特殊，保证分轴装置动作一次只往下输送一根轴，进行加工。
典型案例（三）曲线型的生产线传动
图3车轮生产线
车轮生产线，见图3，弧形动力式辊式输送机的原理：将辊子设计成锥形，并且将上辊面调成水平，使整个输送机构的上面处于同一标高上，保证轮子平稳移动。相邻的两个辊子之间的夹角要小于5°。通过链条，减速机将动力传递给辊子，辊子之间也是应用链条传递动力。该方案的实施关键是链轮的设计，否则脱链不能使用[1]。
典型案例（四）侧架组装生产线1
图4托盘式侧架组装生产线
在新造的侧架组装生产线上，见图4，托盘式侧架组装流水线。侧架固定在上转盘上，下转盘在传动的辊道上。上转盘可在下转盘上作360°平面旋转，在侧架转到需要的位置时，进行支撑座等零件的组装[2]。
典型案例（五）侧架组装生产线2
图5侧夹式侧架组装生产线
在修造的侧架组装生产线上，见图5，需要侧架绕水平轴旋转，分解、检查和组装各件。见图5侧夹式侧架组装流水线。工作原理是：当开启弹簧不受外力时，减速机、从动旋转箱绕铰轴向外倾斜，工件夹具的上口随着向外呈喇叭口状打开，将侧架放入工件夹具内，工件自重重力克服开启弹簧弹力，将工件夹具装置和减速机绕铰轴拉回，工件夹具上口的喇叭口合上，被装在工件夹具内的工件无论怎样旋转，工件都会在夹具内。当自重夹紧翻转装置及工件随着传动链移动至一个工位时，碰到定位装置，传动链停止传动，工件也随着在动力旋转装置处停止，检修工件时，需要工件旋转，启动风缸和和电机，风缸将旋转着的内方连接头抬起，套在外方连接头上，即离合器合上，蜗杆旋转，通过蜗轮及轴，带着工件夹具和被检修工件旋转，当需要该工位操作修理时，将电机断电，工件停止旋转，可进行检修。检修完毕，风缸将离合器断开，启动传动链，将工件传送到下一个工位[3]。
3现代化生产线的技术经济性
从经济分析角度看，生产线的制造费用是不随产量增减而变化的固定成本，但消耗的风能、电能、人工费、冬季供暖、厂房照明和场地费用都是随产量增减而成比例的变动成本。根据总成本等于固定成本与变动成本之和，应列出优化的三个方案总成本函数方程。
典型案例（六）EM70型底开门敞车底门组成组焊生产线
图6平衡点产量图
由图6平衡点产量图解可以看出产量与总费用的关系。通过对组对台位技术上定性分析，经济上定量分析，综合评价出结论：当产量小于435时，方案C1最佳；当产量在435～1188之间时，方案G2最佳；当产量大于1188时，方案G3最佳[4]。
4现代化生产线的智能管理
现代化生产线的智能管理包括软、硬件两大平台。其中硬件平台包括：系列专机、柔性传输线、柔性工装、智能立体库、搬运机械手、检测机；软件平台包括:集成控制软件平台、设备管理信息平台、柔性线快速重构三维仿真平台等。其中，软件平台是整个生产线的重要组成部分，其研究与实施能有效保障和提升生产线的柔性化、自动化、智能化水平，能极大提高生产线的生产效率和产品合格率，优化产品的机械性能[5]。
首先，产品的识别采用射频识别技术，RFID是Radio Frequency Identification的缩写，是一项自动数据收集技术，主要由阅读器和电子标签组成。其工作原理是在电子标签微晶片上预先写入数据资科，通过阅读器辐射交流电磁场，提供给电子标签以电源及时钟脉冲，同时感应到晶片电路所吸收的电磁能量，从而解码，将信息数据输入电脑达到识别、自动化控制、现代化管理的目的。
其次，按照FCS体系结构，生产线集成控制软件平台功能分布在现场过程控制层具体功能如下：
◆ 生产过程控制
包括进料立体库、定温立体库的智能化控制，搬运机械手的运动位置及动作逻辑控制，柔性工装驱动元件的精密控制，自动打标机控制、以及整条自动线的协调动作控制等。
◆ 生产过程数据采集与处理
包括工件几何尺寸的自动测量数据的采集，物料在自动线各工位流动的实时信息采集、主要加工数控装备运行实时信息的采集等，采集信息通过现场总线以数字通信方式传输到监控上位机，然后根据这些信息的处理要求进行处理，如形成统计数据、存储在工艺数据库或输出到多媒体显示设备等。
◆ 设备状态数据采集与处理
包括自动线主要设备的运行状态（正常运转/停止/故障）信息的采集，智能立体库各层、各存储单元的存储状态信息的采集，各机械手运行状态信息的采集，以及其它用于自动线控制功能的开关、继电器、接触器等电气设备状态信息的采集等。采集的状态信息一方面用于电气控制逻辑，另一方面送至监控上位机作为监控设备状态显示。
◆ 报警与紧急事件处理
包括设备故障报警、设备动作超限报警以及对需要监控的关键工艺参数的超差进行报警，检测到自动线中的重大故障，自动进行紧急事件处理程序，保障设备和人员的安全。
◆与上位机实时通信
各分布式控制单元（PLC、数控机床、自动打标机等）通过与上位机实时通信，接受上位机的控制参数等操作指令，并且实时上传本控制区域的设备状态、工艺数据、报警事件等信息。
监控管理层对下层而言是一个信息采集器，将分布式控制单元的信息集中在该层，对于企业资源管理网络系统而言，它又是一个信息源，向上提供信息接口，当然也向平行的诸于设备管理信息平台、工艺优化平台提供信息接口，监控管理层起着联系企业资源管理网络系统和自动线制造加工现场之间的信息桥梁作用。
典型案例（七）弹簧参数自动检测线的方案设计
图7弹簧参数自动检测线
弹簧参数自动检测线，见图7。用途是测量弹簧的自由高，并将其按高度值分选成七个组。工作原理：将弹簧放到托盘上，电动机工作，通过将链板传输装置将弹簧运到检测工位；检测缸活塞带动光栅尺动尺向下运动，接触到弹簧停止；经过计算机的运算，得出该弹簧自由高的数值，并将该托盘的编码也输入计算机。检测缸活塞带动光栅尺动尺退回原位，链板传输装置再次起动，运载着检测后的弹簧移动到分料装置，同事，又将新的弹簧放到托盘上。所测弹簧按高度分成七组，由于托盘的编码和托盘上弹簧自由高的对应关系，当分料装置识别出该托盘的编码时，该分料装置的分料缸活塞伸出，将弹簧沿出料斗推出。这样，不同高度的弹簧，依据其分组范围，被相对集中起来[6]。
5结论
第一，铁路提速大发展，为铁路货车生产线的研发创造了历史性机遇；第二，形态各异的工件与生产线的有机地结合，才能发挥出巨大的功效；第三，通过对生产线关键台位技术上定位分析，经济上定量分析，恰倒好处地使用来提高经济性；第四，信息化促进了铁路货车生产线的现代化发展。
参考文献
[1] 刘守义 . 弧形动力式辊子输送机的设计与应用[J]. 机车车辆工艺，1999(2):14-17
[2] 王清林. 铁路车辆转向架检修输送机[P].中国，实用新型专利， 01240904.9.2002.1.23
[3] 于华北. 检修摇枕、侧架的生产线[P]. 中国，实用新型专利，02209768.6 .2002.12.18
[4] 孟凡义 . EM70型底开门敞车底门组成组焊生产线[J]. 机车车辆工艺，2010(1):29-31
[5] 唐金成. 铁路车辆制造柔性工装生产线[P].中国，发明专利，200610038646.4 .2009.2.25
[6] 辛振涛. 弹簧参数自动检测线[P] .中国，实用新型专利，200520021478.9. 2006.12.20
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