电热水器车下排水管安装优化设计.pdf

5 IN SR ILW YS3 增刊 普速客车技术 1车下排水管安装 电热水器车下排水管是将电热水器排出的废水引导 到车外排到地面，以避免水排到转向架等周围设备上。 排水管由不锈钢管折弯而成，并通过管卡、紧固件等固 定在车体上。电热水器车下排水管的安装见图1，车下 排水管上端口与车内排水管对中，并通过管卡固定；排 水管下端通过成型管卡固定，而成型管卡固定在事先 焊接在车体上的固定板上；排水管中部通过成型管卡 固定，中部的成型管卡固定在事先焊在车体上的C形槽 上。 2装配误差分析 由图1可以看出，排水管两端均是硬连接，且无理 论调整余量，只有排水管的各连接固定点和排水管自身 均符合图纸理论尺寸（无误差）时，才能实现准确安 装；一旦误差较大，就会出现图2所示一端对中、另一 端偏离的情况。 电热水器车下排水管安装优化设计 王鹏：唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心，工程师，河北 唐山，063035 熊剑春：唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心，高级工程师，河北 唐山，063035 摘要：通过对电热水器车下排水管安装原 方案的介绍及误差分析，明确其安装缺点并 提出优化方案，增加橡胶弯头将车内外排水 管进行连接。新方案提高了安装效率，减轻 了安装劳动强度，有效消除了装配应力，提 高了安装的可靠性、安全性，并经现车验证 可行。 关键词：电热水器；车下排水管；橡胶弯头 图1车下排水管安装结构 车内排水管 管卡 车下排水管 成型管卡 固定板 电热水器车下排水管安装优化设计王鹏 等 - 7 - CHE EAA201 / 6 IN SR ILW YS3 增刊 普速客车技术 制造过程中误差是不可避免的，在实际生产过程中 误差主要来源于以下几方面： （1）底架排水孔位置时有偏差，造成车内排水管 出口位置的偏差。根据车体图纸，开水炉排水孔距车体 纵向中心和横向中心均有公差，其中纵向公差5 mm； （2）根据车体图纸，固定排水管下端管卡的固定 板在车体纵向尺寸公差5 mm； （3）排水管自身的制造误差，由于车下排水管是 管材经过连续的局部塑性变形折弯而成，随着折弯力矩 的撤销，弯管必定会发生回弹，再加上折弯机床等的误 差综合形成了其制造误差。 总之，管件制成后其尺寸有微小误差是不可避免 的，再加上其安装固定点（车内排水管位置、固定板 位置）的位置误差，避免不了一定的安装误差。且上述 安装结构是典型的超静定问题，则一定会产生装配内力 （应力）。由材料力学可知，零件微小的尺寸误差就会 产生相当可观的装配应力，故车下排水管的安装有可能 会造成很大的装配应力，其安装的可靠性和安全性存在 一定隐患，显然上述安装方式设计是不合理的。 综上所述，排水管的装配误差就是上述误差的代数 和，可能叠加，也可能部分消除。但排水管两端都是硬 连接的装配方式，不能适应上述误差，没有调整余量。 通常情况下，如果上述误差较小或有部分抵消后，可强 制将排水管装上，这会导致整个安装存在较大的装配应 力，对紧固件及排水管的寿命及安装可靠性都会有一定 的影响，且还会增加工人的劳动强度，延长工作时间； 若误差较大无法安装，则需临时更改管的结构或增加过 渡连接，会使同一车型出现不同的安装形式，或不同尺 寸的排水管，这一方面会浪费工时，对供应商、采购、 物流和质检都会造成不必要的麻烦，而且会影响列车生 产进度，不符合设计一致性的基本原则。 3方案优化 为了减小或消除上述误差对电热水器车下排水管装 配过程中的影响，在不改变其接口的前提下对其安装方 案进行了优化，通过增加橡胶弯管来消除各种误差，新 方案三维设计见图3。 如图3所示，车下排水管和车内排水管均插进橡胶 弯管里，用喉箍将橡胶弯管固定于内外排水管上，且对 喉箍施加4 Nm的扭矩。由图3可以看出，此种连接在 X、Y、Z三个方向均有适度的调整量，故而增加了安装 弹性，增加了安装灵活性。 4可行性分析 （1）密封性：由于橡胶弯头的内径略小于不锈钢 管的外径，橡胶件本身就具有密封性，再加上喉箍的作 用，故其密封性能够保证。另外，此种结构的密封性已 经在车内污物管路连接中得到验证。 （2）防冻性：橡胶弯头的传热系数没有不锈钢管 高，伴热线也缠绕在其外侧，只是其达到预设温度的速 度比不锈钢要慢一些，且由于不锈钢管是插入橡胶弯管 里，根据热平衡原理，最终会达到相同的热平衡状态。 （3）耐热性：由于从电热水器排出的废水的最高 图2装配误差的影响 图3新方案三维设计 车内、外管不能对中， 导致管卡无法固定 车内管 新增橡胶弯管 车下管 电热水器车下排水管安装优化设计王鹏 - 7 - CHE EAA201 / IN SR ILW YS3 增刊 普速客车技术 温度可达100 ，鉴于此，必须要考虑橡胶弯头（材质 为氯丁橡胶）的耐热性。通过查阅机械设计手册得知， 氯丁橡胶长期工作的温度范围- 40120 ，其耐热性显 然满足要求。 （4）接口：此次更改只是把车下排水管与车内管 对接的那段弯管改成了橡胶弯管，更改后整个车下管路 的总体走向和原来保持不变，故不存在无法安装的情 况，即安装接口和更改前保持一致。 （5）成本：此次更改取消了车下管卡，增加了橡 胶弯管。管卡是国外进口配件，其成本远比橡胶弯管 高，故更改后成本并未增加。 综上所述，此次优化更改大大降低了电热水器车下 排水管的安装难度，有效解决了排水管安装过程中的一 系列问题和难题，且不影响排水管的基本性能，方案可 行。 5安装新方案 电热水器车下排水管安装新方案经过评审、系统发 布后，现已在CRH380BL型高速动车组上批量安装，安 装方案见图4，生产车间反馈新方案可调整量大，安装 方便可靠。 电热水器车下排水管安装新方案增加橡胶弯头后 极大提高了安装效率，减轻了安装的劳动强度，更重要 的是有效消除了可能存在的很大装配应力，提高了安装 的可靠性、安全性及零部件的使用寿命，车下排水管虽 属小部件，但处于车下转向架区域，其安全可靠尤为重 要，不容忽视。 设计过程中必须要考虑零部件加工、安装的合理 性、工艺性，尤其是对在安装过程中产生的装配应力应 尤为重视，因为极其微小的尺寸误差也会引起很大的装 配应力，从而给零部件的可靠、寿命等带来一定影响。 参考文献 1 陈平昌，朱六妹，李赞. 材料成形原理M . 北京： 机械工业出版社，2001. 2 孙训芳，方孝淑，关来泰.材料力学（） M. 北京：高等教育出版社，2002. 3 机械设计手册编委会. 机械设计手册（第1卷）M . 北京：机械工业出版社，2004. 责任编辑王志明 收稿日期33 图4安装新方案 橡胶弯头 喉箍 车下排水管 电热水器车下排水管安装优化设计王鹏 - 77 - CHE EAA201 / 201 - 10- 2