城軌空簧附加風(fēng)缸正位運(yùn)輸工裝設(shè)計(jì)研究

張一鳴，劉 泉，曾志權(quán)，鄒 偉

(南車株洲電力機(jī)車有限公司 制動分公司，湖南 株洲 412001)

城軌空簧附加風(fēng)缸正位運(yùn)輸工裝設(shè)計(jì)研究

張一鳴，劉 泉，曾志權(quán)，鄒 偉

(南車株洲電力機(jī)車有限公司 制動分公司，湖南 株洲 412001)

首先對目前南車株洲電力機(jī)車有限公司制動分公司承制的城軌空簧附加風(fēng)缸類型進(jìn)行歸納總結(jié)，然后針對城軌空簧附加風(fēng)缸在運(yùn)輸工程中存在反位運(yùn)輸?shù)膯栴}，提出了通用的正位運(yùn)輸工裝的設(shè)計(jì)方案，最后通過不同工況下的分析計(jì)算，證明工裝的強(qiáng)度與穩(wěn)定性均滿足要求。

城軌空簧附加風(fēng)缸；正位運(yùn)輸工裝；強(qiáng)度；穩(wěn)定性

目前，南車株洲電力機(jī)車有限公司制動分公司承擔(dān)南車株洲電力機(jī)車有限公司(簡稱株機(jī)公司)多條地鐵線路的城軌空簧附加風(fēng)缸(以下簡稱附加風(fēng)缸)的裝配與試驗(yàn)工作，卻存在風(fēng)缸的反位運(yùn)輸問題，為了降低操作難度，減少操作時(shí)間，提高效率，需將目前制動分公司反位運(yùn)輸?shù)母郊语L(fēng)缸改成正位運(yùn)輸。

1 城軌空簧附加風(fēng)缸產(chǎn)品介紹

1.1城軌空簧附加風(fēng)缸作用及其重要性

空氣彈簧懸掛系統(tǒng)如圖1所示，主要由空氣彈簧本體、附加空氣室、高度控制裝置、差壓閥和節(jié)流孔(閥)等組成。該系統(tǒng)的工作原理為：車輛靜載荷增加時(shí)，空氣彈簧被壓縮使空氣彈簧工作高度降低，這時(shí)高度控制閥隨車體下降，由于高度調(diào)整連桿的長度固定，此時(shí)高度調(diào)整杠桿開始轉(zhuǎn)動打開高度控制閥的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)，附加風(fēng)缸中壓力空氣由列車風(fēng)源通過高度控制閥的進(jìn)氣機(jī)構(gòu)進(jìn)入空氣彈簧和附加空氣室，直到高度調(diào)整杠桿回到水平位置,即空氣彈簧恢復(fù)其原來的工作高度；車輛靜載荷減小時(shí)，空氣彈簧伸長使空氣彈簧的工作高度增大，高度控制閥隨車體上升，同樣由于高度調(diào)整連桿的長度固定，高度調(diào)整杠桿開始反向轉(zhuǎn)動打開高度控制閥的排氣機(jī)構(gòu)，壓力空氣由空氣彈簧和附加空氣室通過高度控制閥的排氣機(jī)構(gòu)經(jīng)排氣口排入大氣，直到高度調(diào)整杠桿回到水平位置[1]。

1.2制動分公司城軌空簧附加風(fēng)缸種類

制動分公司承制的附加風(fēng)缸種類眾多，根據(jù)地鐵線路不同分為：安卡拉線附加風(fēng)缸、寧波線附加風(fēng)缸、長沙2號線附加風(fēng)缸、無錫1號線附加風(fēng)缸、武漢線附加風(fēng)缸、上海11號線附加風(fēng)缸。這6種附加風(fēng)缸的主要尺寸規(guī)格見表1。

通過分析表1中不同地鐵線附加風(fēng)缸規(guī)格，可以將分公司地鐵線附加風(fēng)缸分為3類：(1)帶球閥的安卡拉線附加風(fēng)缸，如圖2所示；(2)兩風(fēng)缸順序排列的寧波線、長沙2號線、武漢線、上海11號線，如圖3所示；(3)兩風(fēng)缸并排放置的無錫1號線，如圖4所示。

2 城軌空簧附加風(fēng)缸運(yùn)輸現(xiàn)狀分析

為方便作業(yè)，一直以來，附加風(fēng)缸的裝配、運(yùn)輸交送都是采取反位放置，反位放置情況如圖5所示，而附加風(fēng)缸安裝時(shí)需要正位安裝，正位安裝如圖6所示，但附加風(fēng)缸設(shè)計(jì)時(shí)卻沒有考慮到產(chǎn)品正位放置進(jìn)行裝配、運(yùn)輸交送的工藝結(jié)構(gòu)。

附加風(fēng)缸在交送城軌事業(yè)部之后，要由城軌事業(yè)部將反位放置的附加風(fēng)缸正放，從而增加了城軌事業(yè)部的裝配作業(yè)時(shí)間，提高了人工成本，所以城軌事業(yè)部為了方便產(chǎn)品裝車，要求分公司按產(chǎn)品正位放置方式進(jìn)行產(chǎn)品運(yùn)輸交送，這就要求制動分公司趕制產(chǎn)品正位運(yùn)輸工裝。

3 城軌空簧附加風(fēng)缸運(yùn)輸工裝設(shè)計(jì)與分析

3.1城軌空簧附加風(fēng)缸運(yùn)輸工裝設(shè)計(jì)

針對目前附加風(fēng)缸存在的問題，提出2種正位放置工裝的設(shè)計(jì)方案。

3.1.1工裝與裝配一體化設(shè)計(jì)方案

一體化工裝就是在保證附加風(fēng)缸正位放置的同時(shí)，還能在工裝上進(jìn)行附加風(fēng)缸的組裝作業(yè)，但通過方案驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，這種方法雖然將組裝和正位放置兩者合二為一，但在組裝時(shí)會增加操作難度，增加操作時(shí)間，影響效率。比如在進(jìn)行風(fēng)缸的組裝時(shí)，工藝文件要求先將風(fēng)缸箍帶穿過風(fēng)缸安裝架組焊，然后再將風(fēng)缸用箍帶緊固，按照平時(shí)的反位組裝習(xí)慣，這一工序是沒有任何問題的，但若在正位工裝上進(jìn)行組裝，則需人工將風(fēng)缸抬起后，再用風(fēng)缸箍帶將風(fēng)缸緊固，這就增加了作業(yè)難度。因此，為了方便作業(yè)，產(chǎn)品的組裝與試驗(yàn)繼續(xù)采取慣用的反位放置方式進(jìn)行，于是提出了第二種正位工裝的設(shè)計(jì)方案。

3.1.2正位運(yùn)輸工裝設(shè)計(jì)方案

由1.2節(jié)可知，制動分公司附加風(fēng)缸主要可分為3類。從經(jīng)濟(jì)性與廠房面積等角度出發(fā)，并兼顧工裝通用性要求，設(shè)計(jì)了一種可以適用于3類附加風(fēng)缸的運(yùn)輸工裝[2-3]，設(shè)計(jì)方案如下：

a.工裝的承重支架為2個(gè)V型槽，考慮到通用性要求，2個(gè)V型槽寬度可調(diào)。

b.由于安卡拉線風(fēng)缸底部有球閥，所以需要考慮設(shè)計(jì)的2個(gè)V型槽的高度值。

c.考慮到無錫1號線的2個(gè)風(fēng)缸并排放置，為了高效利用工裝，2個(gè)V型槽支撐架采用可拆卸的結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接。

工裝CAD圖如圖7所示，安裝風(fēng)缸后的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，工裝三維圖如圖9所示。

3.2工裝強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析

由于工裝在實(shí)際應(yīng)用過程中可能存在斷裂或傾覆現(xiàn)象，所以需對工裝進(jìn)行不同工況的強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析[4]。

3.2.1不同工況分類

根據(jù)實(shí)際情況，工裝主要分為3種不同應(yīng)用工況：(1)工況1，即起吊、放置工況，示意圖如圖10所示；(2)工況2，即叉車工況，示意圖如圖11所示；(3)工況3，即運(yùn)輸工況，示意圖如圖12所示。

3.2.2不同工況工裝強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析

a.工況1工裝強(qiáng)度分析。

此種工況下主要分析工裝的強(qiáng)度，如圖10所示?？紤]工裝的受力情況，可通過比較工裝應(yīng)力與工裝材料強(qiáng)度，分析工裝強(qiáng)度的可靠性。

彎矩：

M=PL

(1)

計(jì)算應(yīng)力：

許用應(yīng)力：

式中：P為作用力；L為徑向矢量；y為作用點(diǎn)距中性軸z的距離；I為整個(gè)橫截面對中性軸z的慣性矩；B，b，H，a，e1，e2為慣性矩計(jì)算中間量。通常情況下，取安全系數(shù)μ=5，則[σ]=72MPa。

由于本工裝采用的是50mm×50mm×5mm的Q235角鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa，[σ]<235MPa，工裝強(qiáng)度符合要求。

b.工況2工裝強(qiáng)度分析。

此種工況與工況1類似，具體計(jì)算過程參照工況1。此種工況下[σ]=172MPa，[σ]<235MPa，工裝強(qiáng)度符合要求。

c.工況3工裝穩(wěn)定性分析。

此種工況下主要分析工裝的穩(wěn)定性即防傾覆性，當(dāng)運(yùn)輸車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或加速時(shí)，會產(chǎn)生一定的加速度，則工裝就會產(chǎn)生一個(gè)橫向推力，當(dāng)工裝與車輛摩擦力足夠大時(shí)，工裝就會有一個(gè)傾覆的趨勢，如果重力距小于翻轉(zhuǎn)力矩,則工裝傾覆，為了防止工裝傾覆，需考慮圖12中L的長度。

假設(shè)車輛加速度最大值amax=2g，此時(shí)，為了保證工裝在運(yùn)輸途中的穩(wěn)定性和防傾倒性，應(yīng)使mgL>maH，即L>2H，其中H=374.3mm，則取L=800mm。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的城軌空簧附加風(fēng)缸正位運(yùn)輸工裝，通用性強(qiáng)，為工裝設(shè)計(jì)提供了一種新思路，但由于時(shí)間與知識所限，考慮的工裝運(yùn)用工況還不是十分充分，沒有完全貼近工裝的實(shí)際運(yùn)用情況，下一步應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)工裝的運(yùn)用工況分析，以更貼近實(shí)際。

[1] 劉增華，李芾，黃運(yùn)華．空氣彈簧及其在軌道車上的應(yīng)用[J]．電力機(jī)車與城軌車輛，2003，26(6)：24-27.

[2] 陳立德．工裝設(shè)計(jì)[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社，1999.

[3] 王杰．機(jī)械制造工程學(xué)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[4] 劉鴻文．材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2004.

The design on the transportation tools of air spring additional cylinder for urban rail

ZHANG Yiming, LIU Quan, ZENG Zhiquan, ZOU Wei

(Brake branch of CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd., Hunan Zhuzhou, 412001, China)

Aiming at the transporting the air spring additional cylinder used in urban rail, it proposes the types of air spring additional cylinder, designs the transportation tools, puts forward the general transport equipment, analyzes different working conditions, proves the intension and stability of the transportation tools.

air spring additional cylinder for urban rail; transportation tools; intension; stability

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.04.014

2015-03-19

張一鳴(1986—)，男，吉林伊通人，南車株洲電力機(jī)車有限公司助理工程師，碩士，主要從事制動系統(tǒng)研發(fā)工作。

TH122

A

2095-509X(2015)04-0057-04