機車空調安裝座的優化設計

江磊 唐洪

摘 要 本章對傳統的機車空調安裝座的結構、制造工藝以及成本進行了分析，并進行了強度計算，從而更合理設計出機車空調安裝座。

關鍵詞 機車空調安裝座 分析 優化設計

中圖分類號：U264 文獻標識碼：A

The Optimal Design of Locomotive Air Conditioning Installation Seat

JIANG Lei, TANG Hong

(CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd, Zhuzhou, Hunan 412001)

Abstract This paper analyzed installation seat structure of the traditional locomotive air conditioning, manufacturing process and cost, and the strength calculation, and thus more rational design of the locomotive air conditioning installation.

Key words locomotive air conditioner installation seat; analysis; optimal design

0 引言

“精益研發的核心是持續不斷提高產品品質，降低產品成本”，傳統機車空調安裝座（如圖1所示）的制造流程冗余，經過分析，部分流程可以優化，從而降低成本；還有它的結構設計柔性差，給工藝人員帶來諸多不便，其實這個可以通過改進結構設計來優化，200km/h六軸客運機車就是采用改進后的空調安裝座（如圖2所示），它的經濟性和柔性都有明顯的提高，而且其強度也遠遠滿足要求。

圖1 改進前的空調安裝座圖 2 改進后的空調安裝座

1 經濟性分析

機車空調安裝座的成本由以下幾個部分組成：（1）材料費；（2）標準件費用；（3）工序加工費；（4）包裝費；（5）運輸費；（6）管理費用。其中包裝費、運輸費、管理費用對于上述兩種形式的空調安裝座基本相同，也不涉及到標準件，所以我們只要比較材料費和工序加工費就知道那種空調安裝座的設計更經濟。

改進前和改進后的空調安裝座材質都是Q235A,他們的重量分別是6.8696 kg/臺和8.882kg/臺，4mm厚度的Q235A板材市場價為4.5元/kg，考慮到下料時都會產生廢料，所以這兩種空調安裝座都是以5kg為單位下料，他們的材料費就同為45元/臺。

機車空調安裝座工序加工費=設備折舊費+人工費用+輔助材料費用，這是按照其成本構成來分類；按照其步驟可分下料切割、折彎、焊接這三個主要費用。

經計算，改進的后空調安裝座成本為：156.35元/臺，改進前的空調安裝座成本為115元/臺，改進后的空調安裝座成本每臺下降45.1元/元，成本下降了近30%，不僅如此，加工周期也從174個工時/臺縮短到104個工時/臺，加工效率提高了30%多。

2 柔性分析

改進前的空調安裝座結構設計柔性差，右空調安裝座焊接位置不僅有PB位置（水平位置）的角焊縫，還有PF位置（立上向上）的焊接，PF位置（立上向上）的焊接特點是焊接難度大，對焊工的焊接技巧要求高，焊后缺陷出現的概率高，給工藝人員和焊接工人帶來諸多不便；而且下料程序繁雜，安裝位置發生變化時，那么它結構設計改動較大，增加下料工時。改進后的空調安裝座結構設計柔性好，它的焊接位置都是PB位置（水平位置）的角焊縫，操作簡單，焊接質量容易保證；左右調安裝座結構設計是的是一樣的， 而且都是規則的折彎板和筋板，下料程序簡單，工人操作方便。

另外，當安裝位置發生變化時，或當空調安裝座承載的重量增加時，它可以保證在不增加焊接難度以及下料成本的前提下，可以適當調整折彎板上表面的面積來滿足要求，對切割、折彎和焊接等工藝基本沒有影響，操作簡單，實用性強。

3 有限元模型和強度計算

根據200KM六軸7200KM客運交流傳動電力機車車體設計要求和DIN EN12663《鐵路應用 — 鐵路車輛車體結構的強度要求》標準對機車空調安裝座進行極限載荷工況強度校核，要求安裝座能夠同時承受相當于縱向?g、橫向?g、垂向3g（包括重力）的載荷慣性的沖擊力，g為重力加速度。按照標準（UIC566客車車體及其零部件的載荷）對安裝座進行常態載荷工況強度校核，分析安裝座在承受相當于縱向?.25g、橫向?.2g、垂向?.3g（不包括重力）的載荷慣性力時的受力情況。在極限載荷作用下，母材區域的許用應力為材料的屈服強度 S，焊縫區域的許用應力為 S/1.1；常態載荷工況作用下，母材區域的許用應力為 S /1.5，焊縫區域的許用應力為 S/1.65，母材為Q235A，屈服強度為235MPa。結構在ANSYS12.1有限元軟件平臺上進行有限元建模，實施結構強度分析，如圖3，對中心剛性點加載。

安裝座共有四種極限載荷工況：垂向3g，縱向?g、橫向?g，由于結構和加載情況都是對稱的，所以四種工況結果也是對稱的，圖4為垂向3g、縱向5g、橫向1g工況下的應力云圖，如圖4最大Von-Mises應力為114.309MPa（母材區域），安全系數為2.056，滿足要求。

圖3 剛性點加載圖4 應力云圖

安裝座共有6種常態載荷工況，縱向?.25g，橫向?.2g，垂向1.3g和0.7g。

從表1可以看出安裝座的6種常態載荷工況均通過校核。

表1 常態載荷工況分析表

4 結束語

通過從經濟性、柔性和強度對結構改進前后的空調安裝座對比分析，得到如下結論：在強度都滿足工況要求的情況下，結構改進后的空調安裝座成本下降了近30%，加工效率也提高了30%多，而且它的焊接位置更佳，易保證焊接質量。

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