電力機車管排組裝工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計及改進(jìn)

郭吉星，郭 芳

（1.中車大同電力機車有限公司，山西 大同037038；2.山西大同大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，山西 大同037009）

電力機車的空氣制動系統(tǒng)是保證列車運行安全可靠的重要組成部分。空氣管路作為制動系統(tǒng)中傳輸壓縮空氣的載體，其組裝性能直接影響著列車的運行安全。中車大同電力機車有限公司生產(chǎn)的空氣管路集中布置在機械間走廊地板下方，每一路氣路管件之間通過橫梁實現(xiàn)固定連接組成管排，橫梁與車體焊接支架固定連接，從而保證了管路與機車車體的相對固定。車體內(nèi)部設(shè)置有大量的設(shè)備安裝支架，導(dǎo)致作業(yè)平面高低不平。若在車體上實現(xiàn)管排的組裝，效率低下，操作者在作業(yè)時很容易由于腳踩不穩(wěn)而發(fā)生磕碰受傷，造成安全事故，且難以保證空氣管路的裝配質(zhì)量。為解決以上技術(shù)難點，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計了一種可以在車下實現(xiàn)管排預(yù)布的工裝，操作者正常站立就可以實現(xiàn)操作，降低了操作難度，并在車下即可實現(xiàn)對管路氣密性的測試。

中車大同電力機車有限公司現(xiàn)生產(chǎn)的車型涉及10余種，同時生產(chǎn)的車型往往在2種以上，并且還有出口寬軌機車，每種車型的管路長度和布置方式都不盡相同。在原有預(yù)布技術(shù)條件下，依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計了不同的管排工裝，由于工裝采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，車型較多的情況下，眾多的管排預(yù)布工裝占用了大量的作業(yè)場地，影響生產(chǎn)能力，工裝隨著車型的增多而增加。這種工藝方法解決了預(yù)布問題，卻使得工裝設(shè)計制造工作產(chǎn)生嚴(yán)重的重復(fù)勞動，工裝制造成本也不斷增加。為解決上述難點，對管排組裝工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)。

1 管排組裝工裝的工作原理

電力機車管排在安裝到機車車體焊接支架之前，先在管排組裝工裝上進(jìn)行組裝及氣密性測試。橫梁定位機構(gòu)按照產(chǎn)品圖紙中的橫梁數(shù)量進(jìn)行制作，結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)對橫梁的支撐定位，定位銷穿過橫梁實現(xiàn)定位。端部定位機構(gòu)按照管路數(shù)量來制作，結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了對每根管路的支撐定位。所有定位機構(gòu)實現(xiàn)管排在機車上安裝后裝配的尺寸，與產(chǎn)品圖紙保持一致。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 管排預(yù)布工裝

首先把管路安裝橫梁放置于橫梁定位機構(gòu)上，利用定位銷實現(xiàn)橫梁定位。然后將管路按工藝文件要求放置到橫梁上，利用端部定位機構(gòu)將其對齊，利用管卡將管路與橫梁連接固定，將各管路接頭擰緊。組裝完成后，通入壓縮空氣進(jìn)行氣密性試驗，試驗合格后整體吊裝安裝到車體上。

2 產(chǎn)品圖紙分析

通過分析多個車型的機車中央管排裝配圖紙，發(fā)現(xiàn)不同的機車管排長度有很大差異，八軸機車單節(jié)長度在8 m左右，六軸機車單節(jié)長度在8 m左右，寬軌機車比標(biāo)準(zhǔn)軌機車寬80 mm左右，不同的機車管路間距不同。但是所使用的各種管子直徑規(guī)格基本一致，所以定位機構(gòu)結(jié)構(gòu)都相同。

3 管排組裝工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計及改進(jìn)

通過對產(chǎn)品圖紙進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場工裝制造使用過程中出現(xiàn)的問題，需要設(shè)計一種便于存放、適應(yīng)多種車型的可調(diào)節(jié)尺寸的管排組裝工裝。為達(dá)到上述要求，在工藝裝備設(shè)計過程中開闊思路，大量采用新結(jié)構(gòu)、新材料進(jìn)行設(shè)計。通過對各種材料性能的對比分析，了解到鋁型材具有高強度、耐腐蝕、耐高溫、重量輕等優(yōu)點，最主要的是其在縱向尺寸設(shè)置有T型安裝槽，可以實現(xiàn)定位機構(gòu)的調(diào)節(jié)，見圖2。解決了橫向調(diào)節(jié)問題后，設(shè)計了縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)，截面相對簡單，強度要求低，其橫截面采用了C型壓型件滑道結(jié)構(gòu)，見圖3。根據(jù)工裝使用性能，工裝在非定位件、主體橫梁類等主體簡單型面的零件只對強度和剛性有要求，使用普通的鋁型材比較適合。用鋁型材代替工裝結(jié)構(gòu)中的橫梁、支架等非定位件普通鋼類結(jié)構(gòu)件，達(dá)到了減輕工裝重量的目的，解決了長期存在的工裝搬運笨重的問題。調(diào)節(jié)機構(gòu)安裝于尺寸調(diào)節(jié)機構(gòu)上，可以沿T型安裝槽縱向移動，每個定位機構(gòu)可以實現(xiàn)在安裝平面內(nèi)任意位置點的定位。該工裝設(shè)計結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是制作原材料卻具備很好的柔性，使用者可以完全根據(jù)自己的實際需求設(shè)計產(chǎn)品的組裝形狀，調(diào)整起來也十分方便。

圖2 工業(yè)鋁型材結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 縱向調(diào)節(jié)機構(gòu)

在工裝設(shè)計過程中采用了模塊化原理，模塊化產(chǎn)品的構(gòu)成模式可用一個簡單的公式表達(dá)：新產(chǎn)品（系統(tǒng)）=通用模塊（不變部分）+專用模塊（變動部分），由于模塊化的產(chǎn)品是以現(xiàn)有模塊為基礎(chǔ)構(gòu)成的，可大大縮短新產(chǎn)品設(shè)計、研制周期，增強企業(yè)對市場變化和用戶需求的快速應(yīng)變能力，產(chǎn)品雖是多品種、小批量，但模塊是通用部件，仍可以取得批量生產(chǎn)的效率和效益[1]。結(jié)合所有車型管排的尺寸，設(shè)計了長度為4 m的模塊組裝單元，見圖4，每個模塊組裝單元安裝有尼龍把手和尼龍?zhí)吣_移動輪，方便移動和調(diào)平。模塊組裝單元之間采用內(nèi)嵌槽條連接，操作方便快捷。工裝裝配無須焊接，調(diào)整尺寸方便，更改結(jié)構(gòu)容易，僅對支撐支架位置做調(diào)整就可實現(xiàn)快速切換，在不使用時可以完全拆解裝箱存放，減少了工裝存儲空間。

圖4 模塊組裝單元

4 結(jié)束語

隨著電力機車產(chǎn)品研發(fā)與制造周期不斷縮短，對電力機車制造工藝裝備提出了更高的要求，要求其在滿足強度和剛度結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，向輕量化、柔性化方向發(fā)展，同時考慮在使用現(xiàn)場的美感和操作舒適度。采用新結(jié)構(gòu)設(shè)計的工裝對所有定位件均采用了可移動調(diào)節(jié)式定位，使得工裝的通用性得到很好的體現(xiàn)。交付使用后，現(xiàn)場反應(yīng)良好，一套工裝就可滿足多種車型管排預(yù)布的生產(chǎn)要求。該工裝能在極短的時間內(nèi)實現(xiàn)快速切換，為新產(chǎn)品的試制工裝提供了良好的示范，同時節(jié)約了大量的工裝存放空間和工裝制造成本，對于同類機車制造工裝的設(shè)計尤其具有推廣意義。