諾伊達地鐵車輛制動系統(tǒng)模塊化工藝設(shè)計

高 明 司 媛 范駿波

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

印度諾伊達地鐵車輛(以下簡稱“諾伊達地鐵”)為出口印度城市諾伊達而生產(chǎn)的不銹鋼地鐵車輛，項目車輛共19列，4輛編組(2動2拖)，列車編組為：-DT*M+M*DT-，如圖1所示。項目車輛上安裝部件要求維護方便、互換成本低，因此車輛上安裝部件集成化零部件較少，多為散件組裝結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致車輛上設(shè)備眾多，體積較大，車上可用于設(shè)備安裝空間較小，對于系統(tǒng)布置較為困難，因此急需對制動系統(tǒng)進行優(yōu)化工藝設(shè)計，故采用模塊化工藝，其優(yōu)勢在于[1-3]：(1)模塊化設(shè)計在組裝環(huán)節(jié)可改變零散部件現(xiàn)場測量、加工、組裝的傳統(tǒng)制造方式；(2)車輛模塊化部件可方便并加快車輛運用現(xiàn)場的換件式維修保養(yǎng)工作；(3)通用的模塊化部件可降低維修保養(yǎng)工作的部件采購與管理成本。

以下將針對諾伊達地鐵車輛制動系統(tǒng)進行模塊化工藝設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而達到方便后續(xù)維護、提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及企業(yè)經(jīng)濟效益，增強產(chǎn)品市場競爭力的效果。

圖1 車輛編組圖

1 諾伊達地鐵制動系統(tǒng)簡介

諾伊達地鐵制動系統(tǒng)采用電制動(再生制動/電阻制動)和空氣制動混合的方式，列車制動的形式采用“車控”方式，制動力的分配為“列車級”。制動施加的優(yōu)先級為優(yōu)先考慮電制動(再生/電阻制動)，如果電制動不能滿足總制動力的需求，則采用空氣制動補充，這樣有利于最大程度地利用電制動，降低制動閘瓦的磨耗，節(jié)省日常維護成本。

車輛制動系統(tǒng)主要部件由供風(fēng)裝置、制動控制裝置、輔助控制單元、懸掛裝置、連接管路、基礎(chǔ)制動設(shè)備、車輪滑行保護設(shè)備及其他用風(fēng)部件組成，其中供風(fēng)裝置布置在M車上，輔助裝置布置在DC車上。主要系統(tǒng)包含供風(fēng)系統(tǒng)、制動系統(tǒng)以及懸掛供風(fēng)系統(tǒng)等。

2 制動系統(tǒng)模塊化工藝方案設(shè)計

模塊化設(shè)計的目的是使得車輛上的制動部件在不影響后期維護的前提下能夠盡可能集成為一體，從而優(yōu)化制動性能，并在實際組裝時能夠有良好的工藝性，因此針對諾伊達地鐵車輛制動系統(tǒng)進行模塊化工藝設(shè)計時的主體思路為：

(2)將散裝制動零部件集成為一體，設(shè)計吊裝框架，使得集成后的零部件盡可能多地布置在吊掛框架上，組裝后成為單獨模塊，且可單獨進行預(yù)組裝，并使得能夠在車下進行組裝的部件盡量在車下進行組裝，車輛安裝時僅需吊掛框架，將模塊整體安裝在車輛底架位置即可。

(3)將各制動零部件間連接管路進行模塊化統(tǒng)型設(shè)計，使得不同車型相同位置管路可進行借用互換安裝，并將同類型、相近功能的制動部件及管路盡可能設(shè)計在同一模塊內(nèi)。

3 制動系統(tǒng)模塊化工藝設(shè)計方案實施

結(jié)合以上設(shè)計思路及諾伊達地鐵車輛制動系統(tǒng)氣路圖特點，主要分別針對車輛的供風(fēng)系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸掛供風(fēng)系統(tǒng)進行模塊化工藝設(shè)計，同時對各系統(tǒng)間連接管路進行統(tǒng)型模塊化設(shè)計，使得管路布置為最優(yōu)。

3.1 風(fēng)源模塊

供風(fēng)裝置布置在車輛M車底架位置，供風(fēng)單元部件包含空壓機、干燥塔、油水分離器、單向閥等主要部件，模塊化設(shè)計時可將此部分部件設(shè)計為整體模塊，同時為了提高車輛模塊化程度，考慮將總風(fēng)缸、制動風(fēng)缸、懸掛風(fēng)缸、氣路板組成、閥箱組成、截斷塞門、溢流閥等部件與供風(fēng)單元集成為一個模塊，采用模塊框架吊掛在車輛底架安裝位置，并將空壓機備份壓力開關(guān)、總風(fēng)欠壓壓力開關(guān)、空壓機壓力傳感器、自動排水控制電磁閥、壓力測試接頭等較小且后續(xù)檢測、維修需經(jīng)常使用的閥體集成在閥箱組成中，如圖2所示。

圖2 風(fēng)源模塊

通過對供風(fēng)系統(tǒng)中所涉及供風(fēng)單元、干燥塔、儲氣風(fēng)缸、氣路板等部件進行集成，完成了車輛上制動系統(tǒng)的主要大部件的模塊化集成，并將較小且車輛運行后檢測、維修使用率較高的閥體集成在閥箱組成中，不僅保護閥體同時也方便后續(xù)進行操作，風(fēng)源模塊的集成不僅縮短了各設(shè)備間連接管路的距離，優(yōu)化了安裝，同時對于模塊可在車下進行預(yù)組裝并做完氣密性試驗后進行安裝，簡化了安裝流程且消除了生產(chǎn)瓶頸。

3.2 制動控制模塊

在模塊化設(shè)計時將該制動部件集成為2個制動控制模塊，分別安裝在車輛一、二位端車體底架下方，主要包含：制動控制單元、防滑閥、均壓閥、防混閥等制動部件，同時結(jié)合制動控制模塊整體安裝位置布置在車輛底架一、二位端枕梁內(nèi)側(cè)部分，距離車輛懸掛供風(fēng)系統(tǒng)中用風(fēng)部件較近的特點，并且為了提高模塊集成度，將懸掛系統(tǒng)中所含差壓閥、排氣塞門和部分管路與制動控制模塊集成為一體，將空簧壓力傳感器、制動壓力傳感器、防滑壓力傳感器、停放制動壓力開關(guān)、空簧壓力傳感器和壓力測試接頭集成為閥箱模塊，如圖3所示。

圖3 制動控制模塊

通過對車輛制動相關(guān)氣路進行分析，將車輛上兩端制動模塊設(shè)計為相同結(jié)構(gòu)，并能進行替換安裝從而避免安裝時可能存在的模塊安裝混淆情況發(fā)生，同時結(jié)合模塊安裝位置與懸掛供風(fēng)設(shè)備距離較近的特點，將懸掛系統(tǒng)部件與制動控制模塊進行集成，提高制動控制模塊集成度并釋放車輛底架安裝部件空間。

3.3 輔助控制模塊

每列車安裝有2個輔助控制模塊，均布置于編組中兩個DT車車體底架下方，輔助控制模塊基本為M車上風(fēng)源模塊中除了供風(fēng)部分的其他制動零部件，主要包括制動風(fēng)缸、懸掛風(fēng)缸、減壓閥、ACU氣路板、活塞閥、均壓閥等部件，通過集成模塊框架安裝在車體底架位置，如圖4所示。

結(jié)合DT車無空壓機等供風(fēng)設(shè)備特點，將其余制動大部件集成為單獨模塊，其零部件對于模塊上安裝位置基于風(fēng)源模塊的基礎(chǔ)進行設(shè)計，從而使得連接管路和接頭等部件具有可替換性，對于輔助控制模塊在車輛底架的安裝位置同樣基于M車風(fēng)源模塊安裝位置進行布置，對于車輛的整體重量分布更加平均，優(yōu)化了車輛整體性能。

對于Y向紙瓦楞管，試樣C5- 70- 12的變形主要是穩(wěn)態(tài)漸進屈曲，在臨近底部出現(xiàn)了微小的歐拉失穩(wěn)，也伴隨著輕微的橫向剪切現(xiàn)象；試樣C5- 110- 12最先出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)漸進屈曲，再發(fā)生歐拉失穩(wěn)、橫向剪切，歐拉失穩(wěn)比管長70 mm時嚴重；而試樣C5- 150- 12的歐拉失穩(wěn)最嚴重且出現(xiàn)了角撕裂現(xiàn)象，如圖8所示。管長為150 mm時，紙瓦楞管出現(xiàn)的非理想變形模式占比增大，從而導(dǎo)致承載力下降，載荷-位移曲線有大幅度的下降趨勢，故管長的增加致使Y向紙瓦楞管組合變形模式更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)承載力降低。

圖4 輔助控制模塊

3.4 管路模塊

車輛制動系統(tǒng)所連接管路主要包含兩端管路、中部管路三部分，中部管路布置在車輛底架車中位置，管路連接處留有風(fēng)源模塊(M車)、輔助控制模塊(DT車)接口、2個制動控制模塊接口；端部管路分為一位端管路和二位端管路，兩端管路枕梁位置處各包含一個通用管路模塊，其中包含制動系統(tǒng)的常用制動、停放制動接口，懸掛系統(tǒng)的高度閥部分、管路以及總風(fēng)管路，底架管路通過管夾固定在車輛底架安裝支架上，如圖5所示。

車輛各個制動部件間通過管路進行連通，壓縮空氣經(jīng)過空壓機通過連接管路到達各個用風(fēng)設(shè)備，車下管路如同制動系統(tǒng)血管，因此管路相關(guān)零部件較多，導(dǎo)致在實際生產(chǎn)中管路的安裝往往占據(jù)大量作業(yè)時間，通過對車輛底架管路進行模塊化布置，優(yōu)化了布管路徑，減少了管路數(shù)量同時方便了現(xiàn)場安裝，使得安裝時在車下先將管路進行預(yù)組裝，裝車時模塊化安裝，極大地提高了生產(chǎn)效率且減少了不必要的操作。

圖5 管路模塊

3.5 模塊化部件布置結(jié)果

車輛制動系統(tǒng)模塊部件具體布置時考慮車輛重量分配平均，將風(fēng)源裝置和輔助控制裝置放置在車輛底架中部位置，形成風(fēng)源模塊(M車)和輔助控制裝置(DT車)，將2個制動及懸掛供風(fēng)裝置布置在車輛兩端，且距離枕梁位置較近，使得操作指令能夠快速到達空簧及基礎(chǔ)制動裝置，形成制動控制模塊，并將模塊間連接管路進行統(tǒng)型設(shè)計，使得各車型間能夠借用互換，分別形成了中部管路模塊和端部管路模塊。模塊化設(shè)計后的各部件在車下安裝位置如圖6所示。

圖6 模塊布置圖

4 諾伊達地鐵制動系統(tǒng)模塊化設(shè)計的優(yōu)點

依賴于模塊化設(shè)計，模塊化組裝能夠簡化生產(chǎn)流程，利于實際生產(chǎn)操作，是一種日趨成熟的工藝措施，模塊化設(shè)計使零部件集成化程度較高，減少了零散部件，減小了整車組裝難度與工作量，大大縮短了整車的組裝時間，改善了車下安裝的工作環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本[3]。諾伊達地鐵制動系統(tǒng)模塊化工藝設(shè)計的主要優(yōu)點有:

(1) 優(yōu)化組裝，提高工藝性，符合人因工程，方便操作，通過對制動系統(tǒng)的分析，分別對風(fēng)源系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸掛供風(fēng)系統(tǒng)涉及部件進行模塊化設(shè)計，設(shè)計出風(fēng)源模塊、制動控制模塊、輔助控制模塊，各個模塊能夠在車下進行單獨組裝，無須仰頭工作，既方便了工人的操作，也提高了工作效率。同時模塊組成吊裝后，大大減少了裝配場地的工作量。

(2)縮短了指令部件與執(zhí)行部件間距離，并簡化了連接管路，如制動控制模塊中考慮制動和懸掛供風(fēng)設(shè)備距離較近的特點，將懸掛系統(tǒng)部件與制動控制模塊進行集成，從而提高制動控制模塊集成度并釋放車輛底架安裝部件空間。

(3)防止混淆、簡化設(shè)計，將管路進行模塊化集成，且將不同車型相同部位管路部件設(shè)計為相同結(jié)構(gòu)，從而簡化設(shè)計工作量，并能夠防止組裝時出現(xiàn)錯亂現(xiàn)象。

(4)均分車輛重量，提高車輛性能，通過模塊化設(shè)計，在進行模塊及管路布置時充分考慮車輛重量分布，使得模塊組裝后重量能夠均勻分布在車輛底架，從而提高車輛整體性能。

(5)優(yōu)化工藝流水線，消除瓶頸工序，通過模塊化集成可使得大部分部件均為一體，生產(chǎn)時可根據(jù)流水線生產(chǎn)節(jié)拍靈活調(diào)節(jié)模塊預(yù)組裝時間，消除流水線瓶頸。

5 結(jié)論

模塊化設(shè)計是軌道交通車輛產(chǎn)品向先進、成熟、美觀及低成本方向發(fā)展的趨勢[4]，諾伊達地鐵車輛制動系統(tǒng)模塊化尤其是風(fēng)源、制動控制、輔助控制、管路模塊的設(shè)計，簡化了生產(chǎn)組裝，提高了工作效率，消除了生產(chǎn)瓶頸，優(yōu)化了流水線節(jié)拍，使制動設(shè)計理念有了進一步提升。