模塊化設計在自翻車產品開發中的應用

盧志強

（哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司 產品設計部，哈爾濱 150056）

模塊化設計在自翻車產品開發中的應用

盧志強

（哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司 產品設計部，哈爾濱 150056）

從自翻車結構特點出發，研究了模塊化設計理論在自翻車產品研發中的應用。通過對自翻車進行功能分析和模塊劃分，建立模塊庫，進行模塊的類型選擇及優化組合和變型設計，最終實現車輛的模塊化總體組裝。

模塊化設計；自翻車；產品開發應用

0 引言

鐵路用自動傾翻車是各工礦企業重要的運輸裝備。隨著市場競爭的日益加劇，高效、快捷、低成本完成新產品研發是每個自翻車生產企業面臨的課題，模塊化設計的應用是一個有效途徑。

1 自翻車模塊化設計基本概念

自翻車的模塊化設計就是在對其功能進行分析、分解的基礎上，建立與功能相對應的功能模塊，如車箱組成模塊、底梁組成模塊、轉向架組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、傾翻機構模塊等。通過對各個具體模塊的設計、分類、選擇和組合，形成新的、具有不同特點的自翻車總體設計方案，以快速響應和滿足市場的不同需求。自動傾翻車模塊化制造，就是最大程度地在車輛總體組裝前將各個系統、部件進行預組裝成相對獨立的模塊，再將各模塊采用機械緊固或焊接、鉚接等方式聯結在一起。

2 自翻車總體功能分析

自翻車的總體功能是裝運礦石、建材等散裝貨物，并利用機車或固定地點提供的動力自動卸貨。

1）物料運輸。運輸物料的參數對自翻車裝運、卸貨都有較大影響，在模塊化設計過程中要根據不同物料實現車輛優化設計。

2）動力控制系統。自翻車在運行過程中要依靠空氣制動系統控制列車的運行速度和制動、緩解，在設計上要根據不同載重量和運行速度、運行線路坡度等因素確定空氣制動系統相關參數。自翻車在傾翻卸貨過程中需要依靠動力起升車體，所用動力主要有氣壓傳動動力和液壓傳動動力兩種，在設計中，要根據起升重量、復位狀態及傾翻機構的特點等確定起升動力大小、形式和種類。

3）傾翻卸貨。在傾翻機構設計上，要考慮傾翻穩定性及傾翻過程重心的變化規律，防止傾翻過程出現“扣斗”問題。

3 自翻車的功能分解

根據上述分析，我們可以按照自翻車的總體功能要求，可以對自翻車的總體功能分解為以下幾個主要功能：物料運輸功能，傾翻卸料功能和車輛控制功能（如圖1）。

圖1 自翻車總體功能分解框圖

這幾個主要功能又可具體分為若干分功能：物料運輸功能可分為物料承載功能、車輛走行功能、車輛牽引連接功能；傾翻卸料功能可分為車體傾翻功能和車體復位功能；車輛控制功能可分為車輛制動緩解功能和傾翻控制功能。其中車輛控制既是自成體系的獨立功能，又因其分別作用于物料運輸及傾翻卸料過程中，而包含在這兩個功能之中。

表1 自翻車功能模塊分解及主要子模塊表

4 自翻車模塊劃分及模塊分解

通過對自翻車進行的功能分解以及按照功能進行的模塊劃分，可以看出，組成自翻車的主要功能模塊有車箱組成模塊、轉向架組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、底梁組成模塊、空氣制動裝置模塊、手制動裝置模塊、門扇抑制裝置模塊、傾翻動力執行裝置模塊等幾大部分。將以上主要功能模塊繼續分解可以得到若干層級的子模塊（見表1）。

5 自翻車模塊化設計應用案例

5.1 KF-40型氣動自翻車模塊化設計

KF-40型氣動自翻車屬于窄軌（軌距900 mm）氣動傾翻車，通過對其進行功能及模塊化分析，調用模塊庫中KF-20型、KF-60型自翻車相同功能模塊，經過功能分析、對比和調整，快速確定出KF-40型氣動自翻車模塊化設計總體方案：

車箱組成模塊采用大折頁側門模塊，相應地采用中梁車箱底架模塊，地板與車箱底架采用焊接方式固定，以減小卸料阻力；

底梁組成模塊采用等截面箱型中梁的底梁形式；轉向架模塊為鑄鋼三大件式結構；

傾翻機構模塊采用門扇抑制裝置模塊，每個側門組成模塊配套5組，全車共10組；傾翻動力執行裝置模塊采用氣動傾翻裝置模塊，利用來自機車的壓縮空氣為傾翻動力，通過傾翻動力執行機構模塊——4個雙級單作用傾翻氣缸完成車體兩側傾翻卸料動作。

空氣制動裝置模塊采用120型空氣制動機模塊等鐵路通用零部件。

車鉤緩沖裝置模塊采用13B型上作用車鉤及配套鉤尾框，ST型緩沖器。

5.2 KF-40型氣動自翻車模塊化總體組裝

如圖2所示，KF-40型氣動自翻車自下而上由轉向架組成模塊、空氣制動裝置模塊、底梁組成模塊、車鉤緩沖裝置模塊、傾翻氣缸組成模塊、車箱組成模塊和門扇抑制肘裝置模塊等組成。其模塊化總體裝配是在分別完成各個子模塊組裝的基礎上，再根據各子模塊之間的接口進行局部組裝，最后按照自下而上的順序進行整體組裝并聯接緊固。

圖2 KF-40型氣動自翻車主要模塊組成圖

采用模塊化總體組裝，通過對模塊進行的選用和優化組合，便于生產組織和過程質量控制，不僅簡單、方便、快捷，而且有利于保證制造質量，還減少了組裝過程的環境污染。突出體現了模塊化制造的優越性，為實現快捷制造提供了前提。

6 結語

本文通過對自翻車進行功能分析，建立了自翻車功能模塊，在進行模塊分解、模塊分析基礎上，初步建立了自翻車模塊系列，并通過對模塊的優化選擇，快速完成了KF-40型氣動自翻車模塊化總體方案設計。并結合自翻車結構特點實現了模塊化總體組裝。

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（編輯 黃 荻）

TH122

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1002-2333（2015）07-0218-02

盧志強（1963—），男，高級工程師，碩士學位，主要從事鐵道車輛設計工作。

2015-06-05