動車組撒砂裝置吊裝結構優(yōu)化

秦佳穎 杜連濤 郭小行

【摘要】為改善惡劣軌面粘著狀態(tài)，動車組設有撒砂裝置有。本文針對運營中撒砂管的吊裝套環(huán)磨損問題，運用沖突解決理論進行了分析，改進了撒砂裝置吊裝結構。改進后的方案經過運營考核證明此改進方案可行。

【關鍵詞】撒砂裝置；沖突解決理論；優(yōu)化

1、引言

國內高速動車組的制動仍以粘著制動為主，而對于粘著制動而言，在制動過程中會不可避免的帶來車輪滑行的問題。隨著車輛速度的提高，輪軌間的粘著系數(shù)降低，車輪滑行幾率增大。為改善惡劣軌面粘著狀態(tài)，可通過撒砂裝置有效改善輪軌接觸面的工作環(huán)境，改善粘著系數(shù)，提高動車組運行品質。

在動車組中，撒砂噴嘴設置在距離軌面70cm左右高度內，砂箱焊接在車體上或者吊掛在車體上。來自砂箱的砂子通過軟管引到轉向架噴嘴處。撒砂噴嘴處設有加熱棒。此段軟管及加熱線纜通過鋼絲繩及套環(huán)等部件連接。因此連接屬于柔性結構，且在列車運行過程中，受氣流沖擊影響，套環(huán)部位會發(fā)生磨損，如果磨損嚴重導致套環(huán)斷裂脫落將給列車運營帶來嚴重的安全隱患。

2、優(yōu)化前結構

撒砂裝置主要由砂箱、噴砂管、加熱線纜、撒砂噴嘴、固定卡等組成。砂箱吊掛或焊接在車體上，撒砂噴嘴固定在轉向架距離軌面70cm左右高度內。砂子通過噴砂軟管引到噴砂嘴處，噴砂嘴處設有加熱棒，加熱線纜需從車體底架引到噴砂嘴處。噴砂管及加熱線纜用柔性鋼絲繩、支架及管卡等固定。

2.1具體固定方式

固定噴砂管及線纜是通過鋼絲繩、管卡及套環(huán)一系列緊固裝置實現(xiàn)。鋼絲繩下端通過支架連接需要吊裝的物體，上端吊裝在支架上，為避免直接磨蹭鋼絲繩，采用套環(huán)與支架相連，通過鋼絲繩夾將鋼絲繩套在套環(huán)上，以保護鋼絲繩。安裝過程中，可以根據(jù)實際需要調整鋼絲繩的長度。具體固定方式如下圖所示。

圖1 現(xiàn)有吊裝結構及磨損圖

2.2現(xiàn)有固定方式存在問題

用于吊裝撒砂管保護鋼絲繩的套環(huán)磨損嚴重，磨損情況如圖1所示。由于撒砂裝置安裝于車下轉向架區(qū)域，套環(huán)斷裂脫落將給列車運營帶來嚴重的安全隱患。

2.3套環(huán)磨損原因

砂箱固定于車體底架，噴砂嘴需要固定在轉向架構架上，由于空間有限，高度落差大，并且轉向架與車體之間有相對運動，無法采用剛性連接的結構，砂箱與噴砂嘴、加熱電纜之間的連接采用了鋼絲繩柔性吊裝連接方式，因此易受到氣流、振動沖擊的影響。當撒砂部件受到氣流及振動沖擊的作用下，導致固定噴砂管及加熱線纜的支架及管卡一起運動，而保護鋼絲繩套環(huán)運動存在滯后性，支架和套環(huán)發(fā)生了相對運動，造成了磨損的發(fā)生。

3、沖突解決理論分析

車輛運行中的振動及側向氣流充氣作用下，鋼絲繩吊裝結構存在擺幅的情況下，若想套環(huán)不發(fā)生磨損，需要提高套環(huán)與支架的接觸面積，減小兩個部件之間的接觸應力，提高部件強度，此時面臨的問題是部件重量增加，在噴砂管與線纜存在運動時，部件外部輪廓變得復雜，可制造性變差。

技術沖突：為了降低套環(huán)磨損，需減小接觸應力，提高部件強度，這將導致系統(tǒng)的重量增加，可制造性提高。由此確定標準工程參數(shù)為：

1）希望改進的特性：運動物體的面積（No.5）、應力或壓力（No.11）；

2）惡化的特性：靜止物體的重量（No.2）、形狀（No.12）、可制造性（No.32）。

由沖突矩陣可查出發(fā)明原理如下表1所示。

表1 系統(tǒng)發(fā)明原理

根據(jù)系統(tǒng)的具體特點：選用的發(fā)明原理如表2所示。

表2 發(fā)明原理

通過查沖突矩陣，選擇40條發(fā)明原理中的No.5合并、No.24中介物和No.35參數(shù)變化三條發(fā)明原理。它們的含義是：No.5合并：在空間上將相似的物體連接在一起，使其完成并行的操作。No.24中介物：使用中介物傳遞某一物體或某一種中間過程。No.35參數(shù)變化：改變套環(huán)熱處理溫度等參數(shù)，提高套環(huán)物理特性。

方案一：考慮套環(huán)與支架存在磨損，采用將套環(huán)與支架合并為一個部件，去除磨損源。

方案二：增加中介物，此中介物連接套環(huán)與支架，具有足夠的強度，避免套環(huán)與支架直接連接。

方案三：改變套環(huán)尺寸，調整套環(huán)熱處理工藝，改變熱處理溫度，提高支撐管抗磨強度。

通過評價，考慮方案的成本、實現(xiàn)的難易程度、可靠性以及可操作性，最終選用方案二作為現(xiàn)有運營車輛的改制方案，此種方案實施快捷。

4、方案實施

增加中介物吊環(huán)螺母實現(xiàn)套環(huán)與支架的連接，將吊環(huán)螺母固定于支架上，套環(huán)與吊環(huán)螺母的吊環(huán)連接，避免出現(xiàn)鋒利邊緣切割套環(huán)的情況。此種方案的選用的中介物吊環(huán)螺母為標準件，易實施，材質強度高，各種工況下性能穩(wěn)定，方案可行。具體結構如下圖所示。

圖2 改進后方案

5、結論

此新型改制方案操作方便，經過運營考核，更換周期與原有結構相比延長了4倍，大大降低了壽命周期成本，降低了材料成本以及更換需用的人工成本，解決了此技術系統(tǒng)存在的問題。

參考文獻

[1]檀潤華.TRIZ及應用技術創(chuàng)新過程與方法[M].高等教育出版社，2010

[2]陳子順，檀潤華.理想化六西格瑪原理與應用[M].高等教育出版社，2013

作者簡介

秦佳穎，男，工學學士學位，工程師，主要從事動車組制動系統(tǒng)的研發(fā)設計工作，曾參與設計多種車型的制動系統(tǒng)方案及結構設計工作。