邊坡清篩機電線電纜防護管路國產化

王春梅，陳春山

（北京二七軌道交通裝備有限責任公司，北京100072）

BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機系我公司引進美國LORAM公司的一種大型鐵路工程機械養護產品，隨著邊坡清篩機設備的引進，產品的國產化日顯重要，電線電纜防護管路的國產化遇到了一些問題。國內的美標防護管每種規格有最小起訂量要求，單一規格≥5 T，邊坡清篩機用防護管所有型號的需求總量不到1 T，單一規格更無法達到最小起訂量要求。電線電纜防護管路國產化問題亟待解決。

本文主要對電線電纜防護管路的國產化，從以下幾方面展開研究：首先研究引進原產品的性能和技術參數、掌握失效形式；其次掌控國產化后的質量；再次對準備應用的國產化產品心中有數，與進口鋼管進行比對；最后將國產化產品裝車驗證。

1 原產品的性能參數

BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機全車的電線電纜需要布置在一套預制好的管路中，這套預制管路能夠對電線電纜起到保護作用，防止電線電纜破損。美國LORAM公司的邊坡清篩機電線電纜防護管路采用美標EMT（electrical-metallic tubing）薄壁鋼管。美標EMT薄壁鋼管參數，如表1所列。

表1 EMT管參數

EMT管的應用存在以下問題：

（1）EMT管原材料需要專門由國外進口，成本高昂，不利于控制整車成本。

（2）EMT薄壁鋼管壁厚非常薄，國內沒有相關的折彎設備，需購買國外專用折彎設備加工制作，造成設備成本上升。

（3）EMT薄壁鋼管采購周期長，一般需要15~18周，受制于國外供應商，不利于國內生產組織管理，不利于提高生產效率。

2 失效形式

薄壁鋼管彎曲成形是在純彎曲作用力下，外徑為D、壁厚為t 的管子受外力矩M的作用發生彎曲，外側的管壁受拉應力的作用而減薄,內側管壁受壓應力的作用而增厚，當受壓應力達到臨界壓應力時，由于微小擾動便容易發生由局部面內變形轉到局部面外，形成沿厚向彎曲的分叉，即為彎管過程中常見的壓縮失穩變形。美標EMT管的壁厚非常薄，現有的國產折彎設備無法完成對EMT管的折彎，用國產折彎設備對EMT管折彎，折彎角度超過20°易發生失穩變形，如圖1所示。

圖1 失穩變形

薄壁管一旦在折彎過程中發生失穩變形，不僅會浪費大量的管材，造成生產成本的提高和生產周期的延長，更為重要的是管內壁的拉傷會給電線電纜管路防護系統的可靠性和安全性帶來致命的隱患。如何快捷有效地解決美標EMT管折彎并將成本控制在最小狀態，EMT管的國產化亟待解決。

3 產品國產化

3.1 國產化原則

（1）內徑相當，新型管路的內徑要大于或等于原EMT管的內徑，使之符合鐵標TB/T 3153要求。

（2）壁厚適中，保證現有國產設備可以完成對新型管路的折彎加工，加工過程中不發生失穩變形。

（3）外徑合理，保證足夠的組裝空間，避免與其它系統發生干涉。由于機車布局緊湊，內部組裝空間有限，鋼管外徑選型如果過大，就會出現與其它系統發生干涉的問題。

（4）內壁平整光滑，新型管材內壁應平整光滑，避免在布線過程中發生損傷電線電纜，保證電氣系統的可靠性和安全性。

3.2 方案對比

電線電纜管路防護系統的國產化，分別從軟管防護及國內鋼管防護兩個方面進行了論證闡述。

（1）軟管防護：選用英國Adaptaflex公司的軟管及接頭產品對EMT管進行國產化研究，該產品防護等級可達IP67或IP68，材質為尼龍，溫度范圍-40℃~120℃，抗紫外線輻射、柔韌性好、抗疲勞、阻燃、無鹵、自熄。從各方面參數考慮，該產品無論從性能參數還是IP等級都表現優秀。

邊坡清篩機工作條件惡劣，作業工況振動劇烈，經常出現石碴掉落的情況，尼龍軟管易損壞，抗撞擊能力差，易損傷線纜，影響機車正常運用，存在安全隱患。

（2）國產化鋼管防護：受安裝空間限制，選用與美標EMT管相近的鋼管，國產鋼管壁厚，現有折彎設備可對其進行折彎；防護性與原EMT管達到同等水平，耐磨性和耐腐蝕性高，抗撞擊能力強，使用壽命達10年以上；安裝空間小，符合邊坡清篩機結構緊湊的要求；成本費用遠遠低于美標EMT管，降低了整車的制造成本；采購周期短，為EMT管的國產化提供了便利條件。

由于鍍鋅鋼管管壁厚，與美標EMT管連接的EMT接頭也要隨之改變，而接頭類產品與美標過線體相匹配的國標件起訂量要求高，訂購周期長，國產化方案實施過程中需要對連接部位確立匹配方案。

國產化鋼管無論在性能上、功能上還是安裝空間上都滿足邊坡清篩機的線纜防護要求，為后期機務段的維護檢修提供了最佳途徑，更能以最快的速度解決現場組裝問題，保證整車生產進度，具有極大的優勢，只是需要在接頭配合上多下功夫，尋找快捷可靠的過渡方法。

3.3 與美標EMT鋼管比對

（1）對比選型：

美標EMT薄壁鋼管滿足該項技術要求的優勢就在于其管壁薄，管內空間大。

對國內鋼管市場做了調研，以3/4″EMT管為例，基本符合要求的管材，如表2所示。

表2 鋼管比對（外徑×壁厚）

由表2可見，美標EMT管外徑D1=23.42mm，內徑D2=20.94mm，無縫鋼管25×2.5的內徑為20mm，比美標EMT管內徑小，27×2的內徑為23mm滿足條件，但對此管材進行外徑加工時，其外徑需保證與美標EMT管外徑相同，對27×2無縫鋼管加工后壁厚t =（EMT管外徑-無縫鋼管內徑）=（23.42-23）/2=0.21mm，太薄，安裝強度無法滿足要求；焊接鋼管自不必說，兩種近似選型都無法滿足美標EMT管的內徑要求，熱鍍鋅鋼管則在內徑、外徑和壁厚上都滿足使用和加工要求。我們仍以3/4″EMT管為例，其加工后壁厚t =（EMT管外徑-鍍鋅管內徑）/2=（23.42-21.3）/2=1.06mm，美標3/4″EMT管壁厚為1.24mm，兩者基本相當。經過試驗，確定選用熱鍍鋅鋼管作為國產化產品，其與美標EMT管的參數對比如表3。

表3 美標EMT管的參數對比

（2）端頭加工及折彎

美標EMT管兩端的連接方案為通過美標EMT專用卡箍（CONDUITEMTCONN INSULATEDCOMPRESSION） 與美標EMT鋼管卡緊后再與過線盒（CONDUITOUTLET）直接相連。由于采用國標鍍鋅鋼管外徑大于EMT管，將無法實現國標鋼管與美標EMT專用卡箍的緊固連接，為滿足與接頭接口相符合的安裝要求，需要對鋼管端頭部位進行加工。

國產化鋼管的兩端加工外螺紋與EMT管接頭（CONDUITCONN）緊固連接的方式，加工過程最簡單，但由于邊坡清篩機工作過程中振動劇烈，且國標鍍鋅鋼管壁厚仍相對較薄，鋼管端頭加工外螺紋后連接處會產生應力集中，極易造成連接處斷裂，此加工手段不可取。

將國產化鋼管端頭外徑加工成與美標EMT管外徑相同，加工面采取圓弧過度，減小應力集中，再用美標卡箍與之緊固后再與過線盒連接。加工過程相對繁瑣，能保證國產化鋼管與EMT管接頭連接的緊固性和安全可靠性。

圖2中D1為鍍鋅鋼管外徑尺寸，D2為鍍鋅鋼管內徑尺寸，D3為EMT管外徑尺寸，d 為與EMT管接頭匹配所需的配合尺寸，t 為鍍鋅鋼管加工成型后的壁厚，R1和R2為加工過程中圓弧過度的半徑尺寸。

圖2 端頭加工

各規格鍍鋅鋼管端頭加工成型后的外徑尺寸如表4所示。

表4 加工成型后的外徑尺寸

對各種規格的鍍鋅鋼管進行30°、60°和90°折彎試驗，折彎效果良好，沒有出現褶皺、開裂現象，折彎處過渡平滑。

4 管路預制配裝

在邊坡清篩機國產化試制中，采用本技術方案的電線電纜管路防護系統得到實際應用，管路預制實施流程如圖3所示。

圖3 配裝流程

4.1 圖紙設計

鑒于組裝空間要求，圖4中長度A、F、E、D 和角度β、γ、δ 均不可變，α 的折彎角度至關重要，既要保證薄壁管在折彎過程中避免發生起皺失穩現象，又要保證整體管路布置方向保持不變，與其他設備順利連接。

圖4 圖紙

在機床上根據實際情況邊折彎邊計算長度尺寸，完成δ 折彎后，預留出輪模與夾模所需的最短距離d，連續兩次對α 角度進行α/2角度折彎，如圖4所示，成功完成鋼管折彎，如圖5所示。

圖5 折彎效果

4.2 國產化鋼管端頭處理

國產化鋼管端頭處理按圖2及表4執行。

4.3 裝車驗證

完成折彎及端頭加工后，將國產化鋼管現場裝車（如圖6），經過驗證，外觀美觀，折彎圓滑，無失穩變形，與美標EMT管接頭的銜接緊密，達到了預期國產化鋼管的組裝效果。通過實際運用驗證表明，在功能上和防護等級上與美標EMT管相當，耐磨性、耐腐蝕性高，抗撞擊能力更強。

圖6 裝車效果

5 結束語

國產化鋼管電磁兼容性更好。在進行電氣系統設計時就考慮了所有的干擾途徑（包括輻射、感應、傳導以及靜電放電等），通過更厚壁厚的鋼管屏蔽，隔離了干擾信號對信號線纜的干擾，有效地保證了機車成功的抵制各種不同運行區域，不同電磁干擾源所造成的干擾。

國產化鋼管利用公司現有折彎設備即可完成鋼管折彎，節約了設備采購成本，提高了整車的國產化率，方便客戶運用維修，降低了制造和維修成本。

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