機車管路設計結合現場生產的分析

李振民

摘 要：本文詳細介紹了管路設計在現場生產時所遇到的幾個常見問題，通過分析說明設計人員怎么更好地結合現場實際進行管路設計。設計人員在設計管路時應考慮現場的工裝、工具以及設備等能夠滿足實際生產以及組裝，避免設計的管路無法彎制和組裝。因此設計人員除了運用三維軟件以及仿真軟件分析外，更要熟悉生產現場的作業流程和所用的工裝、工具以及設備等，充分結合現場實際進行管路設計。

關鍵詞：機車 鋼管 數控彎管機

中圖分類號：U269 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0076-04

機車管路是機車制動系統很重要的一部分，目前機車所用的管路基本都是無縫不銹鋼管，它通過管接頭、管夾等緊固件布置在機車的車頂、司機室、機械間、底架以及轉向架上。它將制動部件以及需要控制的部件連接起來，給它們提供必需的風源。首先設計人員根據管路原理圖，運用三維軟件或者二維軟件設計管路，然后車間利用仿真軟件進行模擬并計算下料長度，最后通過數控彎管機進行彎制。

因此，管路質量最重要的是從設計源開始的。設計的產品能否適應現場的工裝、工具以及設備生產和能否運用現場的工具進行組裝，是設計人員設計管路產品時必須考慮的重點。否則，不僅會浪費材料，更會延緩生產周期，造成時間和成本的雙重損失，也會影響機車的使用性能，甚者可能會造成機車的安全事故。

1 鋼管產品在現場生產中遇到的問題分析

1.1 鋼管的中間直線段小于主夾長度，無法彎制

彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型，從三維中測量得到鋼管的中間一段的直線段僅為15mm，然后轉化成二維圖紙，用數控彎管機仿真軟件進行試彎，結果如圖1所示。

從仿真軟件進行模擬試彎后，發現此鋼管的中間一段的直線段長度僅為15mm，小于現場彎管機的主夾模具長度25mm，所以在彎制第二個彎時，無法進行彎制。

1.2 鋼管連續兩個互相垂直彎兩端的長度大于彎管機料夾中心到地面的高度時，彎制時會與地面干涉

彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型，OX方向的鋼管長度為1200mm，OY方向的鋼管長度為500mm，OZ方向的鋼管長度為1200mm，現場生產用的數控彎管機KM-CNC38C2R4A料夾中心到底面的高度為1080mm，將三維轉化成二維圖紙，然后在仿真軟件中輸入坐標進行試彎，結果如圖2所示。

從仿真軟件進行模擬試彎后，可以看出設計的該鋼管有兩個彎，無論正反向彎制，鋼管都會與地面發生干涉，導致管路無法彎制。

1.3 鋼管連續兩個相互垂直彎之間的距離小于副夾前端部到機頭外圓的距離，彎制時鋼管與機頭或者主夾驅動機構發生干涉

（1）彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型，OX方向的鋼管長度為150mm，OY方向的鋼管長度為100mm，OZ方向的鋼管長度為150mm，將三維轉化成二維圖紙，然后在模擬數控彎管機中輸入坐標進行試彎，結果如圖3所示。

用仿真軟件進行模擬試彎后，可以看出該鋼管無論正反向彎制，鋼管都會與彎管機的機頭發生干涉，導致鋼管無法彎制。

（2）彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型如圖4所示。

將三維轉化成二維圖紙，然后在仿真軟件中輸入坐標進行試彎，結果如圖5所示。

用仿真軟件進行模擬試彎后，可以看出該鋼管無論正反向彎制，鋼管都會與彎管機的主夾驅動機構發生干涉，導致鋼管無法彎制。

1.4 鋼管的設計總長度大于鋼管的訂貨長度

鋼管的設計總長度大于鋼管的訂貨長度，導致現場生產無法下料進行生產。

1.5 鋼管端部太短，導致無法與焊接接頭進行焊接或預裝管接頭

（1）彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型如圖6所示。

將鋼管需要焊接的一端焊接到焊接接頭，結果如圖7所示。

焊接方塊的深度5mm，鋼管的直線段為5mm，那么在焊接的時候焊槍操作困難，而且焊縫周圍不均勻影響焊接質量。

（2）彎制一根12×1.5的鋼管，首先在三維軟件中繪制鋼管模型，將匹配鋼管的卡套式管接頭與鋼管在三維軟件中進行試裝，結果如圖8所示。

從三維軟件的試裝結果可以看出鋼管端部直線段小于要預裝的卡套式管接頭的外套螺母的長度，這樣導致鋼管直線段不夠，造成卡套式管接頭無法預裝。

2 機車鋼管設計與現場適應性分析

通過對鋼管設計與現場的工裝、工具、設備以及匹配組件之間的適應性進行分析和總結，探究合理的設計方法以及解決措施。

2.1 針對鋼管的中間直線段小于主夾長度，無法彎制問題

在鋼管設計時要考慮鋼管除首尾兩端的直線段要大于現場彎管機主夾模具長度，否則就無法彎制。現以數控彎管機KM-CNC38C2R4A為例，機車所用的鋼管直徑一般為D=（8、10、12、15、18、22、28、35、42）mm，由于每種管徑的鋼管所用的主夾模具的長度不相同，管徑D=（8、10、12、15、18、22、28、35、42）mm對應的主夾模具長度分別為：L=（25、30、25、30、50、50、60、60、105）mm。

設計人員在進行機車管路設計時，要充分考慮現場所用的彎管機，并了解彎管機的主夾模具的長度，使得設計的鋼管直線段大于主夾長度，避免因沒有考慮現場使用彎管機的現狀而導致鋼管無法生產，造成材料浪費和設備損壞。

2.2 針對鋼管連續兩個互相垂直彎兩端的長度大于彎管機料夾中心到底面的高度時，彎制時會與地面干涉問題

由于彎管機設備自身的條件限制，在彎管機安裝以后，彎管機料夾中心到底面的高度是一定的，就以現場的數控彎管機KM-CNC38C2R4A為例，料夾中心到底面的高度為1080mm，因此設計人員在設計管路時，要考慮鋼管連續兩個互相垂直彎兩端的長度不能大于彎管機料夾中心到底面的高度，否則會導致鋼管無法生產。endprint

2.3 針對鋼管連續兩個相互垂直彎之間的距離小于副夾前端部到機頭外圓的距離

在鋼管設計時要考慮鋼管連續兩個相互垂直彎之間的距離大于副夾前端部到機頭外圓的距離，否則就無法彎制。現以數控彎管機KM-CNC38C2R4A為例，副夾前端部到機頭外圓的距離為130mm，見圖9。

2.4 針對鋼管的設計總長度要小于鋼管的訂貨長度

此問題也是設計人員應該在設計管路產品時十分重視的一點，在設計管路的過程中應該計算設計管路的總長度，確保設計的管路總長度務必小于現場訂貨的鋼管的長度。例如鋼管的訂貨長度為6000mm，那么設計的單根鋼管的長度就不能超過6000mm，鋼管的總長度盡量小于訂貨長度的5500mm，因為鋼管有實際誤差和下料的實際可用長度等影響。

2.5 針對鋼管端部太短，導致鋼管無法與焊接件進行焊接或無法預裝管接頭問題

設計人員在設計管路產品的過程中，由于空間的限制等因素導致沒有考慮到現場工具以及組裝件實際的組裝尺寸要求，使得設計的鋼管產品無法利用現場的焊槍進行焊接或者造成嚴重的焊接質量問題，同樣如果沒有考慮管接頭預裝所需要的距離，就會造成管接頭預裝不到位或無法預裝，最后導致管接頭無法安裝到位或者造成管接頭處泄漏。

（1）針對鋼管端部太短，導致鋼管無法與焊接件進行焊接的問題，設計人員應該在設計的過程中，充分了解現場焊槍操作所需要的空間。另外，盡量確保鋼管焊接端的直線段長度要大于鋼管伸入焊接件的長度，這樣就能確保焊接周圍的焊縫均勻，確保焊接質量。

（2）針對鋼管端部太短，導致鋼管無法與卡套式管接頭進行預裝問題，設計人員要充分考慮到各種卡套式管接頭在預裝過程中需要的距離。例如Parker的卡套式管接頭，采用預裝機進行預裝，機車鋼管各規格對應的卡套式管接頭預裝所需要的鋼管直線段距離如表1所示。

3 結語

設計人員在設計管路產品的過程中，要充分考慮上述問題，緊密結合現場實際生產所運用的工裝、工具、設備以及與之匹配的安裝組件尺寸要求，這樣就會避免因設計失誤而造成現場無法作業或者造成質量問題。目前，產品設計運用的是比較先進的三維軟件，設計人員要充分利用三維軟件和動態仿真軟件以及結合現場的實際現狀進行產品設計。這樣既能提高產品的設計質量，又能避免浪費和提高生產效率。

參考文獻

[1] 劉豫湘，陸縉華，潘傳熙.DK-1型電空制動機與電力機車空氣管路系統[M].中國鐵道出版社，2012.

[2] 王月明，王松文.動車組制動技術[M].中國鐵道出版社，2012.endprint