地铁制动管路设计与防错改进研究.pdf

第2期2 0 2 4年3月N o.2M a r.2 0 2 4运用检修文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 4)0 2-0 0 6 8-0 3 地铁制动管路设计与防错改进研究邹建文,王瑛琪,肖天宇(中车南京浦镇车辆有限公司,江苏 南京 2 8 0 0 3 1)摘 要:地铁车辆上利用压缩空气驱动的设备很多,常用到管路等传递压缩空气,受周边多种部件布置位置变化、设备进出气口的朝向变化影响,地铁车辆制动管路常常需重新设计,难以通用,管路设计要考虑管接件的结构尺寸、被连接件的位置等。本文提出了规范化的管路设计流程,便于快速合理的进行管路布置设计,对于制造阶段出现的误差造成管路安装尺寸不匹配的问题设计了防错的改进工装,可快速生产出合适的管路,彻底解决因管路问题造成的流水线停滞,降低了反复返工的成本,为行业内管路设计提供借鉴。关键词:地铁;基础制动;制动管路;设计与防错;改进研究中图分类号:U 2 6 2.6 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 4.0 2.0 1 2S t u d y o n t h e D e s i g n a n d E r r o r-P r o o f i n g I m p r o v e m e n t o f B r a k e P i p e s o f M e t r oZ OU J i a n w e n,WANG Y i n g q i,X I AO T i a n y u(C R R C N a n j i n g P u z h e n C o.,L t d.,N a n j i n g 2 8 0 0 3 1,C h i n a)A b s t r a c t:T h e r er e m a n y d e v i c e s d r i v e n b y c o m p r e s s e d a i r i n m e t r o c a r s,s o p i p e s a r e o f t e n u s e d t o t r a n s m i t t h e c o m p r e s s e d a i r.D u e t o c h a n g e s i n t h e l a y o u t o f v a r i o u s c o m p o n e n t s a n d d i f f e r e n t o r i e n t a t i o n s o f i n l e t s a n d o u t l e t s o f t h e d e v i c e s,t h e b r a k e p i p e s o f m e t r o c a r s o f t e n n e e d t o b e r e d e s i g n e d d u e t o l o w u n i v e r s a l i t y,a n d t h e s t r u c t u r a l d i m e n s i o n s o f t h e p i p e f i t t i n g s a n d t h e p o s i t i o n o f t h e c o n n e c t e d p a r t s s h a l l b e t a k e n i n t o a c c o u n t i n t h e p i p e d e s i g n.T h i s a r t i c l e p r o p o s e s a s t a n d a r d i z e d p i p e d e s i g n p r o c e s s w h i c h a l l o w s r a p i d a n d r e a s o n a b l e d e s i g n o f p i p e l a y o u t a n d w o r k s o u t a n i m p r o v e d e r r o r-p r o o f i n g t o o l i n g t o s o l v e t h e p r o b l e m o f m i s m a t c h i n g i n s t a l l a t i o n d i m e n s i o n s o f p i p e s c a u s e d b y e r r o r s i n m a n u f a c t u r i n g s t a g e s o t h a t a p p r o p r i a t e p i p e s c a n b e p r o d u c e d q u i c k l y,t h o r o u g h l y a v o i d i n g t h e s u s p e n s i o n o f p r o d u c t i o n l i n e d u e t o p i p e p r o b l e m s,r e d u c i n g t h e c o s t s o f r e p e t i t i v e r e w o r k a n d p r o v i d i n g a r e f e r e n c e f o r t h e p i p e d e s i g n i n t h e i n d u s t r y.K e y w o r d s:m e t r o;b r a k e r i g g i n g;b r a k e p i p e;d e s i g n a n d e r r o r-p r o o f i n g;s t u d y o n i m p r o v e m e n t收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 1第一作者:邹建文(1 9 9 5),男,工程师。地铁上制动管路用于传输空气制动所需压力空气,风源来源于制动风缸,由制动单元接收并实施制动动作,由于风源、制动单元分别安装在车体底架和转向架上,整个传输过程需要复杂且漫长的管道,管路设计应具备合理性和可施工性,同时要求避开重要设备。如何布置管路、选配管接件是制动设计师必备技能,然而理论设计和实际制造成品始终存在偏差,防止该偏差带来的无法安装错误很关键,因此规范化管路设计及制定改进纠错措施是有必要的。1 管路设计基本参数管路设计初期要确定各种基本参数,如管路材料、管径、壁厚、折弯尺寸、拐点数量、表面处理方式等。当前所用材料已有不锈钢、碳钢、铜等,密度不同且壁厚不一致,其中大多采用不锈钢薄壁管路1(无螺纹),配合管接头安装;管径定型需进行空气流量计算,在满足紧急制动压缩空气输送需求下选取最小规格内径,并非越大越好;对折弯半径的要求一般比较苛刻,折弯半径越大越容易同周边设备出现干涉,则占用的空间就更大,此时可提前收集管路折弯工装的最小弯曲半径,严格按照最小弯曲半径进行设计2;理论上一根管路其折弯点应尽量少,折弯点本质上是为了适应途中其他部件的位置而进行避让,对管路使用没有影响,但折弯点密集且多的情况下很难加工出来,不利于现场生产。综合选取上述参数,确保设计管路坐标过程中不出现反复更改,对设计出的管路的匹配性很有帮助。地铁制动管路设计与防错改进研究 邹建文,王瑛琪,肖天宇2 管路安装常见问题管路在三维软件上设计好后可初步生成一版坐标值进行生产前模拟,如折弯点过多、最小直段太短则会报错,在机器无报错后,将生产的管路发往现场等待试制。以安装在转向架上的制动管路为例,管路的起点和终点即制动单元和制动管路座板的2个接口能否安装上决定了该管路是否合适,下面以实际问题分析出现无法安装的原因。2.1 制造误差问题制动单元和制动座板都是转向架构架加工好后安装在预留的支座上,支座又是焊接在构架侧梁上,焊接公差通常在3 mm左右,现在地铁常用的卡套式管接头是先将卡套压装在管路上3,依靠卡套的锥面接触达到密封,最终制造误差被累计到两端位置,因此管路无法插入接头,见图1。图1 制造误差无法安装2.2 管接件尺寸多样化问题现今常用管接件有卡套式4和压紧式两大类,可生产接头的厂家又很多,出于个性化设计导致各家尺寸有细微差别,插入深度的不同对管路长度的要求不同5(图2),设计管路时很容易忽略这点,且设计师需不断查阅供方提供的管接头产品图纸,增加设计过程耗时,因此统型化各类接头尺寸可大大提高设计师效率。3 管路设计规范与防错措施3.1 设计规范结合前面所述内容,设计管路时要兼顾使用需求、生产加工和现场安装,共同作用打造合适的管路,可根图2 插入深度差异据项点安排先后顺序,形成设计规范:(1)选定管路材料材料要求是写在车辆采购合同里,受运动环境、工况影响,不影响管路设计过程中任意参数的内容,作为基本指标,可在设计初便定好,常用的有不锈钢、碳钢、铜等6。(2)管接件种类设计管径尺寸可首先确定管接件尺寸,包括将用到的卡套式或压紧式接头,见表1,具体接头又分为三通、直通、异径接头等。收集接头图纸,重点备注插入深度要求,为绘制管路三维做准备。表1 管接件种类统计管接件类型常见规格压紧式61 01 7.2卡套式61 01 2 (3)管路相关参数折弯半径、管路坐标是管路设计中可调的,该阶段在转向架其他设备已布置完毕后根据需要在三维软件中模拟,在弯管机中输入坐标等参数7、校核无影响后输出最终管路坐标。管路长度公差与下料长度有关,长度1 0 0 0 mm的公差为1 mm,长度1 0 0 0 mm的公差为2 mm,管路在各种直径下折弯半径及最小直段要求见表2。表2 管路折弯半径及最小直段要求管路直径折弯半径最小直段6R3 03 01 0R3 03 01 7.2R5 15 096第6 1卷第2期2 0 2 4年3月 (4)试验验证管路生产完后进行探伤检查、连接堵头充气后做气密性验证8,均合格则两端封堵后储存等待试装,管路设计生产完毕。安装前检查切割端面与管路中心线允许的垂直偏差为0.2,端口无飞边、毛刺,倒角不大于0.54 5,折弯处表面光滑,不得有裂纹及外形畸变,高压风清洁管路9,在端部放置白色织物,其上无明显杂质。安装后管路与管接件中心线角度偏差小于2 1 0,插入深度符合管接件设计要求,气密性试验无漏气视为合格。3.2 防错措施在发往现场后实际偏差过大时,需特制合适管路,此时通过检查三维是没用的,误差积累无法测量,对特别的几根因累计公差引起的不匹配管路应快速更改坐标,发往生产现场,不影响流水线运行,具体可从设计和组装2个阶段考虑防错措施。(1)设计阶段由于加工误差、焊接误差的存在,在构架加工完后初步测量安装座位置尺寸时,统计实际相对基准偏大或偏小,在管路设计时适当调整管路长度,可避免按理论设计后管路无法安装。(2)组装阶段通过统计几种常用的管径型式,结合厂家生产管路时对折弯半径、最小直段的要求,设计了一种带尺寸刻度的可折弯管道,该管道采用了变形后可保留当前状态、同时可复位拉直的材料,即一种新型的可热回弹塑料。热回弹塑料采用全新的聚合改性工艺,利用稀土作为催化剂,与传统P E以及软性硅胶相比,可热回弹塑料在常温下具有聚乙烯的特性,在加热至6 0 以上具有软性硅胶的特性,可任意弯曲变形,并具有形状记忆功能,在恢复室温后,材料会变得坚固牢靠,与金属材料相比,热回弹塑料具有可弯曲和硬度大的特点。如图3,利用塑料工装导向、辅助管道模拟实际管路走向及管径,可解决当前轨道车辆空气管路试制阶段管路不匹配的问题。图3 管路防错工装 当需要对现场管路进行重新设计时,先根据实际需求对管径选取辅助管道,可多预留一定长度后截断,通过该管径实际生产时折弯半径选取导向工装,导向工装的角度根据起始点的走向模拟,管径不一致时选择相应管径转换接头,最终由辅助管道的刻度换算出实际所需管路坐标,快速实现现场管路研配,降低返工成本。4 管路匹配度评判标准管路与管接件连接不上是较明显的不匹配问题,不太明显的有管路与接头中心成一定角度,即斜向插入管接件、插入深度不足、管路抬升或降低高度无法安装固定管卡等,并非整套管路安装完毕就算合格,这类异常需加入不匹配判定项点中,见表3。表3 匹配度评价项点及标准项点标准检测方法检测频次无法连接管路连接无漏气目视1 0 0%带角度插入中心线偏差2 角度量具1 0 0%插入深度不足管接件设计要求气密性试验、拉拔试验1 0 0%无法紧固管卡完成管卡安装目视1 0 0%5 结论与展望管路安装基本处在车辆生产最末端,出现异常只能通过修改管路方式解决,故要求管路设计时要综合考虑影响因素。本文提出了一套科学合理的设计规范与针对现场应急的防错工装,从多个角度避免管路不匹配带来的流水线停滞,可保证管路的顺利安装。未来可统型管路安装相关接口,可以使每套新管路结构具有一定的通用性。当管路具备模块化设计时,便不再需要反复设计管路和增加设计成本。参考文献:1 林兆伟.轨道交通车辆制动管路组装工艺J.中国高新科技,2 0 2 2(5):7 3-7 4.L I N Z h a o w e i.B r a k e p i p e a s s e m b l y t e c h n o l o g y o f r a i l t r a n s i t v e h i-c l e s J.C h i n a H i g h-T e c h,2 0 2 2(5):7 3-7 4.2 张哲,陈玉忠,董红磊,等.制动管路尺寸对制动系统性能影响的研究J.机械设计与制造,2 0 1 8(1):1 8 8-1 9 1.Z HAN G Z h e,C HE N Y u z h o n g,D ON G H o n g l e i,e t a l.S t u d y o n t h e i n f l u e n c e o f b r a k e p i p e s i z e o n b r a k i n g s y s t e m p e r f o r m a n c e J.M e c h a n i c a l D e s i g n a n d M a n u f a c t u r i n g,2 0 1 8(1):1 8 8-1 9 1.(下转第7 9页)07地铁车轮踏面对轮缘异常磨耗的影响与分析 胡雅婷,张枝森,宗志祥,葛亦凡,吕 晟机电工程技术,2 0 1 8,4 7(6):1 7 2-1 7 5.Z HAN G S a n d u o,L I J i a n h u a.A n a l y s i s a n d r e s p o n s e m e a s u r e s f o r w h e e l s e t w e a r o f G u a n g z h o u m e t r o l i n e 1J.M e c h a n i c 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