模塊化設(shè)計在自翻車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

盧志強(qiáng)

（哈爾濱軌道交通裝備有限責(zé)任公司 產(chǎn)品設(shè)計部，哈爾濱 150056）

模塊化設(shè)計在自翻車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

盧志強(qiáng)

（哈爾濱軌道交通裝備有限責(zé)任公司 產(chǎn)品設(shè)計部，哈爾濱 150056）

從自翻車結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，研究了模塊化設(shè)計理論在自翻車產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用。通過對自翻車進(jìn)行功能分析和模塊劃分，建立模塊庫，進(jìn)行模塊的類型選擇及優(yōu)化組合和變型設(shè)計，最終實現(xiàn)車輛的模塊化總體組裝。

模塊化設(shè)計；自翻車；產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用

0 引言

鐵路用自動傾翻車是各工礦企業(yè)重要的運輸裝備。隨著市場競爭的日益加劇，高效、快捷、低成本完成新產(chǎn)品研發(fā)是每個自翻車生產(chǎn)企業(yè)面臨的課題，模塊化設(shè)計的應(yīng)用是一個有效途徑。

1 自翻車模塊化設(shè)計基本概念

自翻車的模塊化設(shè)計就是在對其功能進(jìn)行分析、分解的基礎(chǔ)上，建立與功能相對應(yīng)的功能模塊，如車箱組成模塊、底梁組成模塊、轉(zhuǎn)向架組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、傾翻機(jī)構(gòu)模塊等。通過對各個具體模塊的設(shè)計、分類、選擇和組合，形成新的、具有不同特點的自翻車總體設(shè)計方案，以快速響應(yīng)和滿足市場的不同需求。自動傾翻車模塊化制造，就是最大程度地在車輛總體組裝前將各個系統(tǒng)、部件進(jìn)行預(yù)組裝成相對獨立的模塊，再將各模塊采用機(jī)械緊固或焊接、鉚接等方式聯(lián)結(jié)在一起。

2 自翻車總體功能分析

自翻車的總體功能是裝運礦石、建材等散裝貨物，并利用機(jī)車或固定地點提供的動力自動卸貨。

1）物料運輸。運輸物料的參數(shù)對自翻車裝運、卸貨都有較大影響，在模塊化設(shè)計過程中要根據(jù)不同物料實現(xiàn)車輛優(yōu)化設(shè)計。

2）動力控制系統(tǒng)。自翻車在運行過程中要依靠空氣制動系統(tǒng)控制列車的運行速度和制動、緩解，在設(shè)計上要根據(jù)不同載重量和運行速度、運行線路坡度等因素確定空氣制動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。自翻車在傾翻卸貨過程中需要依靠動力起升車體，所用動力主要有氣壓傳動動力和液壓傳動動力兩種，在設(shè)計中，要根據(jù)起升重量、復(fù)位狀態(tài)及傾翻機(jī)構(gòu)的特點等確定起升動力大小、形式和種類。

3）傾翻卸貨。在傾翻機(jī)構(gòu)設(shè)計上，要考慮傾翻穩(wěn)定性及傾翻過程重心的變化規(guī)律，防止傾翻過程出現(xiàn)“扣斗”問題。

3 自翻車的功能分解

根據(jù)上述分析，我們可以按照自翻車的總體功能要求，可以對自翻車的總體功能分解為以下幾個主要功能：物料運輸功能，傾翻卸料功能和車輛控制功能（如圖1）。

圖1 自翻車總體功能分解框圖

這幾個主要功能又可具體分為若干分功能：物料運輸功能可分為物料承載功能、車輛走行功能、車輛牽引連接功能；傾翻卸料功能可分為車體傾翻功能和車體復(fù)位功能；車輛控制功能可分為車輛制動緩解功能和傾翻控制功能。其中車輛控制既是自成體系的獨立功能，又因其分別作用于物料運輸及傾翻卸料過程中，而包含在這兩個功能之中。

表1 自翻車功能模塊分解及主要子模塊表

4 自翻車模塊劃分及模塊分解

通過對自翻車進(jìn)行的功能分解以及按照功能進(jìn)行的模塊劃分，可以看出，組成自翻車的主要功能模塊有車箱組成模塊、轉(zhuǎn)向架組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、底梁組成模塊、空氣制動裝置模塊、手制動裝置模塊、門扇抑制裝置模塊、傾翻動力執(zhí)行裝置模塊等幾大部分。將以上主要功能模塊繼續(xù)分解可以得到若干層級的子模塊（見表1）。

5 自翻車模塊化設(shè)計應(yīng)用案例

5.1 KF-40型氣動自翻車模塊化設(shè)計

KF-40型氣動自翻車屬于窄軌（軌距900 mm）氣動傾翻車，通過對其進(jìn)行功能及模塊化分析，調(diào)用模塊庫中KF-20型、KF-60型自翻車相同功能模塊，經(jīng)過功能分析、對比和調(diào)整，快速確定出KF-40型氣動自翻車模塊化設(shè)計總體方案：

車箱組成模塊采用大折頁側(cè)門模塊，相應(yīng)地采用中梁車箱底架模塊，地板與車箱底架采用焊接方式固定，以減小卸料阻力；

底梁組成模塊采用等截面箱型中梁的底梁形式；轉(zhuǎn)向架模塊為鑄鋼三大件式結(jié)構(gòu)；

傾翻機(jī)構(gòu)模塊采用門扇抑制裝置模塊，每個側(cè)門組成模塊配套5組，全車共10組；傾翻動力執(zhí)行裝置模塊采用氣動傾翻裝置模塊，利用來自機(jī)車的壓縮空氣為傾翻動力，通過傾翻動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊——4個雙級單作用傾翻氣缸完成車體兩側(cè)傾翻卸料動作。

空氣制動裝置模塊采用120型空氣制動機(jī)模塊等鐵路通用零部件。

車鉤緩沖裝置模塊采用13B型上作用車鉤及配套鉤尾框，ST型緩沖器。

5.2 KF-40型氣動自翻車模塊化總體組裝

如圖2所示，KF-40型氣動自翻車自下而上由轉(zhuǎn)向架組成模塊、空氣制動裝置模塊、底梁組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、傾翻氣缸組成模塊、車箱組成模塊和門扇抑制肘裝置模塊等組成。其模塊化總體裝配是在分別完成各個子模塊組裝的基礎(chǔ)上，再根據(jù)各子模塊之間的接口進(jìn)行局部組裝，最后按照自下而上的順序進(jìn)行整體組裝并聯(lián)接緊固。

圖2 KF-40型氣動自翻車主要模塊組成圖

采用模塊化總體組裝，通過對模塊進(jìn)行的選用和優(yōu)化組合，便于生產(chǎn)組織和過程質(zhì)量控制，不僅簡單、方便、快捷，而且有利于保證制造質(zhì)量，還減少了組裝過程的環(huán)境污染。突出體現(xiàn)了模塊化制造的優(yōu)越性，為實現(xiàn)快捷制造提供了前提。

6 結(jié)語

本文通過對自翻車進(jìn)行功能分析，建立了自翻車功能模塊，在進(jìn)行模塊分解、模塊分析基礎(chǔ)上，初步建立了自翻車模塊系列，并通過對模塊的優(yōu)化選擇，快速完成了KF-40型氣動自翻車模塊化總體方案設(shè)計。并結(jié)合自翻車結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)了模塊化總體組裝。

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（編輯 黃 荻）

TH122

B

1002-2333（2015）07-0218-02

盧志強(qiáng)（1963—），男，高級工程師，碩士學(xué)位，主要從事鐵道車輛設(shè)計工作。

2015-06-05