基于Creo2.0配管模塊的4400馬力調車機車轉向架配管設計

孫榮坤，王立國

(中國北車集團 大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116021)*

0 引言

近年來，鐵路運輸向著高速重載的方向發展.干線電力和內燃機車向交流傳動、大軸重方向發展，為適應重載運輸調車要求，鐵道部立項設計4 400馬力調車機車.在4 400馬力調車機車設計過程中，轉向架是機車的重要組成部分.而其中的轉向架配管系統由制動管路、彈停管路和輪緣潤滑管路等分系統組成，是保證機車能有效制動、彈停和輪緣潤滑的至關重要的部件，與機車行車安全密切相關.為此如何有效地對機車轉向架配管進行設計，保證管路系統的安全可靠，是具有重要意義的.

本文在Creo2.0三維軟件提供的虛擬仿真環境中，對4400馬力調車機車轉向架進行了集中配管設計，配管首次采用埃米托發明的卡套式管接頭，采用了不銹鋼管，一改傳統機車焊接式管接頭需要焊接和碳鋼管易腐蝕的缺陷，成功地保證了4400馬力調車機車運行的可靠安全.

1 機車轉向架配管

(1)轉向架配管定義

機車轉向架配管，就是將轉向架空氣流程系統中各種管子的安裝走向和裝配進行策劃，并繪制出配管裝配圖，以便安裝和施工的過程.

(2)轉向架配管系統組成

機車轉向架配管系統主要由制動管路系統、彈簧停車管路系統(簡稱彈停系統)和輪緣潤滑裝置管路系統三套分系統構成.三套分系統動作裝置分別為制動風缸、彈停風缸和輪緣潤滑噴頭，其工作介質均為壓縮空氣，所以說轉向架配管屬于氣壓傳動配管設計.

(3)轉向架配管要求

根據經驗，對機車轉向架配管有如下要求:布局合理、少彎多直、外形美觀、層次分明、橫平豎直、排列整齊、接口位置適中、拆裝維護方便、不振不漏，牢固結實.

(4)傳統轉向架配管存在的問題

其一，以往的配管基本都是基于二維圖紙和現場經驗來配制.由于機車轉向架構架上要安裝的部件非常多，導致布管空間非常局限，在非常有限的空間中合理布管，對轉向架布管就提出了很高的要求.僅根據二維圖紙和現場經驗配制就顯得不足，往往導致配管過程中問題不斷，返工頗多.

其二，各管路系統主要由鋼管、管接頭和軟管組成.以往的管路鋼管基本采用無縫鋼管拔10的碳鋼管，管接頭形式比較多，由直通接頭、三通接頭、直通變徑接頭等形式.采用《TB/T776-機車車輛螺紋管接頭-球接頭》［1］、《TB/T777-機車車輛螺紋管接頭-接頭螺母》［2］、《TB/T778-機車車輛用螺紋管接頭-技術條件》［3］等相關標準要求.傳統的管路和接頭需要通過焊接連接在一起，這是其最大的不便之處.由于機車轉向架配管在車間的整個生產工藝中，安排在轉向架最后組裝工序，轉向架大多部件基本布置完畢，不便于在現場施焊;此外，由于焊接可能存在缺陷，導致配管管路氣密性差，修補又非常困難，很容易造成漏風，使制動裝置制動不良，造成行車安全造成隱患.

(5)解決以往問題的措施

本文考慮采用可靠的卡套式配管系統.新的卡套式管接頭標準為《ISO-8434-1-液壓傳動和一般用途的金屬管接頭-第1部分:24°錐形接頭》［4］，應用美國 PTC 公司功能強大的 Creo2.0軟件提供的三維配管軟件模塊中進行集中虛擬配管設計.這種新型的配管方式在國內大功率內燃交流傳動調車機車機車上應用尚屬首次.

2 卡套式管接頭選擇

2.1 卡套式管接頭標準

自20世紀30年代初，埃米托(ERMETO)在德國發明卡套式管接頭以來，卡套式管接頭以其特有的裝配方便，而廣受歡迎，經過半個多世紀的發展，卡套式管接頭是世界上使用最為廣泛的一種管接頭.卡套式管接頭現行國際標準為ISO8434-1:2007.在此標準中，規定了卡套式和DKO兩種規格的管接頭形式［4］

2.2 卡套式管接頭壓力等級分類

卡套式管接頭是為公制管子設計的，歷史上曾經依照德國標準DIN861，DIN3859，DIN2353，現在這些標準應經被國際標準ISO8434所取代.EO管接頭以體積小，壓力等級高而著稱，分為3個等級，如表1所示.

表1 EO管接頭壓力等級分類［4］

2.3 接頭形式選擇

本文采用的新型管接頭為Parker公司的產品，主要有以下三種接頭形式:EO-Plus、EO2-Plus，EO2-FORM三種形式.我們采用了EO-Plus卡套式管接頭，此卡套符合標準ISO8434-1，其中卡套是其核心部分，保證了其獨特簡單而且容易安裝的特性.EO-Plus接頭減少了在高壓下管路系統的泄露，這個性能是由卡套在受控條件下切入鋼管而實現的.更好的耐腐蝕性、耐壓性能，具有EO-LUB滑工藝，裝配力矩減少25%，裝配更安全且具有過擰緊保護.

2.4 管接頭的組成及選擇

接頭主要包括接頭體、接頭螺母、卡套和密封材料.接頭體的材料可以為碳鋼、不銹鋼或者銅合金等，接頭體材質要符合相關環境要求，并且與所傳輸流體相匹配，提供有效連接.接頭螺母材質應該與相應的接頭體材質相匹配，如果接頭體材質為碳鋼、接頭螺母應該為碳鋼材質;如果接頭體材質為不銹鋼，則接頭螺母也應該為不銹鋼材質.卡套選擇時也要傳輸流體材質相適應，并能提供有效地連接，對于卡套式密封的管接頭來說，卡套質量的好壞對配管系統起決定作用.卡套的材質與管接頭和鋼管的材質必須匹配，對于碳鋼材質卡套，必須要跟碳鋼的管接頭和鋼管相匹配，對于不銹鋼材質的卡套，也要與管接頭和管子一致.對于有O型圈密封的的管接頭來說，O型圈的選擇也要倍加關注.O型圈除了要滿足ISO 8434-1規定的相關的壓力、溫度要求外，對于材質、硬度和尺寸也要符合標準，標準規定，材質為NBR，硬度為90±5IRHD，依照ISO 48標準進行測量.材質質量驗收標準符合ISO3601-3的N級標準.

表2 接頭材料性能選擇

表3 密封材料的選擇

設計過程中，鋼管材料和接頭體材料均選用不銹鋼管，它們的組合具有很好的耐環境能力和耐腐蝕性，與金屬卡套裝配在一起，具有很好的耐壓能力，低溫性能、高溫性能和介質匹配性極好，裝配操作簡單.具體對比見表2和表3所示.

3 虛擬集中配管的實現

3.1 整體要求

基于功能強大的Creo2.0三維仿真軟件和成熟可靠地卡套式配管系統，對4400馬力調車機車機車轉向架進行集中配管.集中配管需要對轉向架整體結構有整體的把握和了解，弄清楚轉向架各安裝座位置及空間尺寸，對管路的走向有一個總體的把握.并確定與車上其他系統，如電氣，制動和車體的接口位置等.只有前期對各項準備工作做足，才可能保證在虛擬配管及實際配管過程中，最低限度的降低返工，提高一次通過率，節省生產成本，提高生產效率.

3.2 配管系統

4400馬力干線貨運機車轉向架集中配管主要由制動管路、彈停管路和輪緣潤滑管路三套系統和相應連接制動缸、彈停缸及輪緣潤滑執行裝置的扣壓膠管組成，此外還有用以固定管路系統的管夾、導軌及各種安裝座等.制動管路系統采用直徑為Φ18 mm的不銹鋼管，彈停管路和輪緣潤滑系統采用Φ12 mm的不銹鋼管，與制動缸、彈停缸和輪緣潤滑噴頭連接的軟管采用不銹鋼編織網包覆的扣壓膠管.

虛擬配管時，首先在配管模塊中建立個管道管線，建立線棧和管道實體，然后在相應的部位添加各種ISO8434卡套式管接頭.在與制動風缸、彈停風缸和輪緣潤滑相連接的部位，利用撓性管創建技術，建立扣壓膠管的三維實體.建立完成的三維集中配管如圖1～圖4所示.圖1所示為轉向架構架側面的管路走向情況.

圖1 基于creo2.0的轉向架虛擬配管設計(主視圖)

圖2所示為轉向架構架端部管路布置情況.制動管路與車上接口處采用Φ18 mm的三通接頭，彈停管路與輪緣潤滑管路與車上接口處采用Φ12 mm的三通接頭.圖3所示為隱去轉向架構架后，轉向架整套管路系統的三維結構.圖4所示為隱去轉向架構架后，管路系統的局部的三維結構.

圖2 基于creo2.0的轉向架虛擬配管設計(端部)

圖3 去除轉向架構架的虛擬配管視圖(整套)

圖4 去除轉向架構架的虛擬配管視圖(局部)

4 集中虛擬配管在生產中的實現

在基于三維虛擬配管模塊完成配管設計后，依照三維模型，出二維圖紙并依據二維圖紙進行實際配管.由于前期準備工作充足以及三維虛擬設計的優異的準確性，車間在按照三維集中配管出的二維圖紙時，沒有對圖紙做任何改動，一次成功.與原來僅僅采用二維示意圖相比，提高了準確性和可操作，避免了以往的反復修改，反復出圖等不準確行為，大大提高了配管的工作效率和準確度，為工廠節省大量時間和資金.在4400馬力機車實際生產中進行配管，按照相應的國家標準，進行了氣密性試驗，也通過了鐵道部駐廠驗收室的驗收.首批兩臺機車已經出廠，投入運營試驗和考核過程中.截至目前，機車轉向架運行狀況良好，轉向架常用、緊急和彈停制動動作良好，撒砂和輪緣潤滑功能優良.通過實際生產驗證，充分說明了基于Creo2.0虛擬三維配管設計在機車轉向架配管中是非常有效地一種手段，具有以往設計軟件和設計方法不可比擬的優點，不但快捷，而且經濟可靠。同時也說明，新型可靠的卡套式配管在內燃機車上的應用是成功的.

5 結論

(1)在Creo2.0三維虛擬設計軟件對鐵道部立項的4400馬力交流傳動調車內燃機車轉向架配管進行三維虛擬設計是成功可行的，具有優越性;

(2)首次采用集中配管方式，并將國外成熟的卡套式接頭配管應用于國內內燃機車上，做了一次全新嘗試;

(3)轉向架的虛擬配管設計以及無紙化設計是必然發展的趨勢.

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 776-2005機車車輛螺紋管接頭 -球接頭［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 777-2005機車車輛螺紋管接頭-接頭螺母［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB/T 778-2005機車車輛用螺紋管接頭-技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2005:1-3.

［4］ISO 8434-1-2007.metallic tube connections for fluid power and general use-part 1:24°cone connectors［S］.Switzerland:ISO，2007:1-33.

［5］劉家倉.三維管道設計系統的研究與開發［D］.大連:大連理工大學，2005.

［6］蘇燦鵬.重機產品的配管設計［J］.重型機械科技，2000(2):21-25.