基于Creo2.0配管模塊的4400馬力調(diào)車機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管設(shè)計(jì)

孫榮坤，王立國

(中國北車集團(tuán) 大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116021)*

0 引言

近年來，鐵路運(yùn)輸向著高速重載的方向發(fā)展.干線電力和內(nèi)燃機(jī)車向交流傳動、大軸重方向發(fā)展，為適應(yīng)重載運(yùn)輸調(diào)車要求，鐵道部立項(xiàng)設(shè)計(jì)4 400馬力調(diào)車機(jī)車.在4 400馬力調(diào)車機(jī)車設(shè)計(jì)過程中，轉(zhuǎn)向架是機(jī)車的重要組成部分.而其中的轉(zhuǎn)向架配管系統(tǒng)由制動管路、彈停管路和輪緣潤滑管路等分系統(tǒng)組成，是保證機(jī)車能有效制動、彈停和輪緣潤滑的至關(guān)重要的部件，與機(jī)車行車安全密切相關(guān).為此如何有效地對機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證管路系統(tǒng)的安全可靠，是具有重要意義的.

本文在Creo2.0三維軟件提供的虛擬仿真環(huán)境中，對4400馬力調(diào)車機(jī)車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了集中配管設(shè)計(jì)，配管首次采用埃米托發(fā)明的卡套式管接頭，采用了不銹鋼管，一改傳統(tǒng)機(jī)車焊接式管接頭需要焊接和碳鋼管易腐蝕的缺陷，成功地保證了4400馬力調(diào)車機(jī)車運(yùn)行的可靠安全.

1 機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管

(1)轉(zhuǎn)向架配管定義

機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管，就是將轉(zhuǎn)向架空氣流程系統(tǒng)中各種管子的安裝走向和裝配進(jìn)行策劃，并繪制出配管裝配圖，以便安裝和施工的過程.

(2)轉(zhuǎn)向架配管系統(tǒng)組成

機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管系統(tǒng)主要由制動管路系統(tǒng)、彈簧停車管路系統(tǒng)(簡稱彈停系統(tǒng))和輪緣潤滑裝置管路系統(tǒng)三套分系統(tǒng)構(gòu)成.三套分系統(tǒng)動作裝置分別為制動風(fēng)缸、彈停風(fēng)缸和輪緣潤滑噴頭，其工作介質(zhì)均為壓縮空氣，所以說轉(zhuǎn)向架配管屬于氣壓傳動配管設(shè)計(jì).

(3)轉(zhuǎn)向架配管要求

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管有如下要求:布局合理、少彎多直、外形美觀、層次分明、橫平豎直、排列整齊、接口位置適中、拆裝維護(hù)方便、不振不漏，牢固結(jié)實(shí).

(4)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架配管存在的問題

其一，以往的配管基本都是基于二維圖紙和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來配制.由于機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上要安裝的部件非常多，導(dǎo)致布管空間非常局限，在非常有限的空間中合理布管，對轉(zhuǎn)向架布管就提出了很高的要求.僅根據(jù)二維圖紙和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)配制就顯得不足，往往導(dǎo)致配管過程中問題不斷，返工頗多.

其二，各管路系統(tǒng)主要由鋼管、管接頭和軟管組成.以往的管路鋼管基本采用無縫鋼管拔10的碳鋼管，管接頭形式比較多，由直通接頭、三通接頭、直通變徑接頭等形式.采用《TB/T776-機(jī)車車輛螺紋管接頭-球接頭》［1］、《TB/T777-機(jī)車車輛螺紋管接頭-接頭螺母》［2］、《TB/T778-機(jī)車車輛用螺紋管接頭-技術(shù)條件》［3］等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求.傳統(tǒng)的管路和接頭需要通過焊接連接在一起，這是其最大的不便之處.由于機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管在車間的整個(gè)生產(chǎn)工藝中，安排在轉(zhuǎn)向架最后組裝工序，轉(zhuǎn)向架大多部件基本布置完畢，不便于在現(xiàn)場施焊;此外，由于焊接可能存在缺陷，導(dǎo)致配管管路氣密性差，修補(bǔ)又非常困難，很容易造成漏風(fēng)，使制動裝置制動不良，造成行車安全造成隱患.

(5)解決以往問題的措施

本文考慮采用可靠的卡套式配管系統(tǒng).新的卡套式管接頭標(biāo)準(zhǔn)為《ISO-8434-1-液壓傳動和一般用途的金屬管接頭-第1部分:24°錐形接頭》［4］，應(yīng)用美國 PTC 公司功能強(qiáng)大的 Creo2.0軟件提供的三維配管軟件模塊中進(jìn)行集中虛擬配管設(shè)計(jì).這種新型的配管方式在國內(nèi)大功率內(nèi)燃交流傳動調(diào)車機(jī)車機(jī)車上應(yīng)用尚屬首次.

2 卡套式管接頭選擇

2.1 卡套式管接頭標(biāo)準(zhǔn)

自20世紀(jì)30年代初，埃米托(ERMETO)在德國發(fā)明卡套式管接頭以來，卡套式管接頭以其特有的裝配方便，而廣受歡迎，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，卡套式管接頭是世界上使用最為廣泛的一種管接頭.卡套式管接頭現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)為ISO8434-1:2007.在此標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了卡套式和DKO兩種規(guī)格的管接頭形式［4］

2.2 卡套式管接頭壓力等級分類

卡套式管接頭是為公制管子設(shè)計(jì)的，歷史上曾經(jīng)依照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN861，DIN3859，DIN2353，現(xiàn)在這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)經(jīng)被國際標(biāo)準(zhǔn)ISO8434所取代.EO管接頭以體積小，壓力等級高而著稱，分為3個(gè)等級，如表1所示.

表1 EO管接頭壓力等級分類［4］

2.3 接頭形式選擇

本文采用的新型管接頭為Parker公司的產(chǎn)品，主要有以下三種接頭形式:EO-Plus、EO2-Plus，EO2-FORM三種形式.我們采用了EO-Plus卡套式管接頭，此卡套符合標(biāo)準(zhǔn)ISO8434-1，其中卡套是其核心部分，保證了其獨(dú)特簡單而且容易安裝的特性.EO-Plus接頭減少了在高壓下管路系統(tǒng)的泄露，這個(gè)性能是由卡套在受控條件下切入鋼管而實(shí)現(xiàn)的.更好的耐腐蝕性、耐壓性能，具有EO-LUB滑工藝，裝配力矩減少25%，裝配更安全且具有過擰緊保護(hù).

2.4 管接頭的組成及選擇

接頭主要包括接頭體、接頭螺母、卡套和密封材料.接頭體的材料可以為碳鋼、不銹鋼或者銅合金等，接頭體材質(zhì)要符合相關(guān)環(huán)境要求，并且與所傳輸流體相匹配，提供有效連接.接頭螺母材質(zhì)應(yīng)該與相應(yīng)的接頭體材質(zhì)相匹配，如果接頭體材質(zhì)為碳鋼、接頭螺母應(yīng)該為碳鋼材質(zhì);如果接頭體材質(zhì)為不銹鋼，則接頭螺母也應(yīng)該為不銹鋼材質(zhì).卡套選擇時(shí)也要傳輸流體材質(zhì)相適應(yīng)，并能提供有效地連接，對于卡套式密封的管接頭來說，卡套質(zhì)量的好壞對配管系統(tǒng)起決定作用.卡套的材質(zhì)與管接頭和鋼管的材質(zhì)必須匹配，對于碳鋼材質(zhì)卡套，必須要跟碳鋼的管接頭和鋼管相匹配，對于不銹鋼材質(zhì)的卡套，也要與管接頭和管子一致.對于有O型圈密封的的管接頭來說，O型圈的選擇也要倍加關(guān)注.O型圈除了要滿足ISO 8434-1規(guī)定的相關(guān)的壓力、溫度要求外，對于材質(zhì)、硬度和尺寸也要符合標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，材質(zhì)為NBR，硬度為90±5IRHD，依照ISO 48標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量.材質(zhì)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)符合ISO3601-3的N級標(biāo)準(zhǔn).

表2 接頭材料性能選擇

表3 密封材料的選擇

設(shè)計(jì)過程中，鋼管材料和接頭體材料均選用不銹鋼管，它們的組合具有很好的耐環(huán)境能力和耐腐蝕性，與金屬卡套裝配在一起，具有很好的耐壓能力，低溫性能、高溫性能和介質(zhì)匹配性極好，裝配操作簡單.具體對比見表2和表3所示.

3 虛擬集中配管的實(shí)現(xiàn)

3.1 整體要求

基于功能強(qiáng)大的Creo2.0三維仿真軟件和成熟可靠地卡套式配管系統(tǒng)，對4400馬力調(diào)車機(jī)車機(jī)車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行集中配管.集中配管需要對轉(zhuǎn)向架整體結(jié)構(gòu)有整體的把握和了解，弄清楚轉(zhuǎn)向架各安裝座位置及空間尺寸，對管路的走向有一個(gè)總體的把握.并確定與車上其他系統(tǒng)，如電氣，制動和車體的接口位置等.只有前期對各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做足，才可能保證在虛擬配管及實(shí)際配管過程中，最低限度的降低返工，提高一次通過率，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率.

3.2 配管系統(tǒng)

4400馬力干線貨運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架集中配管主要由制動管路、彈停管路和輪緣潤滑管路三套系統(tǒng)和相應(yīng)連接制動缸、彈停缸及輪緣潤滑執(zhí)行裝置的扣壓膠管組成，此外還有用以固定管路系統(tǒng)的管夾、導(dǎo)軌及各種安裝座等.制動管路系統(tǒng)采用直徑為Φ18 mm的不銹鋼管，彈停管路和輪緣潤滑系統(tǒng)采用Φ12 mm的不銹鋼管，與制動缸、彈停缸和輪緣潤滑噴頭連接的軟管采用不銹鋼編織網(wǎng)包覆的扣壓膠管.

虛擬配管時(shí)，首先在配管模塊中建立個(gè)管道管線，建立線棧和管道實(shí)體，然后在相應(yīng)的部位添加各種ISO8434卡套式管接頭.在與制動風(fēng)缸、彈停風(fēng)缸和輪緣潤滑相連接的部位，利用撓性管創(chuàng)建技術(shù)，建立扣壓膠管的三維實(shí)體.建立完成的三維集中配管如圖1～圖4所示.圖1所示為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)面的管路走向情況.

圖1 基于creo2.0的轉(zhuǎn)向架虛擬配管設(shè)計(jì)(主視圖)

圖2所示為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架端部管路布置情況.制動管路與車上接口處采用Φ18 mm的三通接頭，彈停管路與輪緣潤滑管路與車上接口處采用Φ12 mm的三通接頭.圖3所示為隱去轉(zhuǎn)向架構(gòu)架后，轉(zhuǎn)向架整套管路系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu).圖4所示為隱去轉(zhuǎn)向架構(gòu)架后，管路系統(tǒng)的局部的三維結(jié)構(gòu).

圖2 基于creo2.0的轉(zhuǎn)向架虛擬配管設(shè)計(jì)(端部)

圖3 去除轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的虛擬配管視圖(整套)

圖4 去除轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的虛擬配管視圖(局部)

4 集中虛擬配管在生產(chǎn)中的實(shí)現(xiàn)

在基于三維虛擬配管模塊完成配管設(shè)計(jì)后，依照三維模型，出二維圖紙并依據(jù)二維圖紙進(jìn)行實(shí)際配管.由于前期準(zhǔn)備工作充足以及三維虛擬設(shè)計(jì)的優(yōu)異的準(zhǔn)確性，車間在按照三維集中配管出的二維圖紙時(shí)，沒有對圖紙做任何改動，一次成功.與原來僅僅采用二維示意圖相比，提高了準(zhǔn)確性和可操作，避免了以往的反復(fù)修改，反復(fù)出圖等不準(zhǔn)確行為，大大提高了配管的工作效率和準(zhǔn)確度，為工廠節(jié)省大量時(shí)間和資金.在4400馬力機(jī)車實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行配管，按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了氣密性試驗(yàn)，也通過了鐵道部駐廠驗(yàn)收室的驗(yàn)收.首批兩臺機(jī)車已經(jīng)出廠，投入運(yùn)營試驗(yàn)和考核過程中.截至目前，機(jī)車轉(zhuǎn)向架運(yùn)行狀況良好，轉(zhuǎn)向架常用、緊急和彈停制動動作良好，撒砂和輪緣潤滑功能優(yōu)良.通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，充分說明了基于Creo2.0虛擬三維配管設(shè)計(jì)在機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管中是非常有效地一種手段，具有以往設(shè)計(jì)軟件和設(shè)計(jì)方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，不但快捷，而且經(jīng)濟(jì)可靠。同時(shí)也說明，新型可靠的卡套式配管在內(nèi)燃機(jī)車上的應(yīng)用是成功的.

5 結(jié)論

(1)在Creo2.0三維虛擬設(shè)計(jì)軟件對鐵道部立項(xiàng)的4400馬力交流傳動調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架配管進(jìn)行三維虛擬設(shè)計(jì)是成功可行的，具有優(yōu)越性;

(2)首次采用集中配管方式，并將國外成熟的卡套式接頭配管應(yīng)用于國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車上，做了一次全新嘗試;

(3)轉(zhuǎn)向架的虛擬配管設(shè)計(jì)以及無紙化設(shè)計(jì)是必然發(fā)展的趨勢.

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 776-2005機(jī)車車輛螺紋管接頭 -球接頭［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 777-2005機(jī)車車輛螺紋管接頭-接頭螺母［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB/T 778-2005機(jī)車車輛用螺紋管接頭-技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［4］ISO 8434-1-2007.metallic tube connections for fluid power and general use-part 1:24°cone connectors［S］.Switzerland:ISO，2007:1-33.

［5］劉家倉.三維管道設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.大連:大連理工大學(xué)，2005.

［6］蘇燦鵬.重機(jī)產(chǎn)品的配管設(shè)計(jì)［J］.重型機(jī)械科技，2000(2):21-25.