電力機車管排組裝工裝結構設計及改進

郭吉星，郭 芳

（1.中車大同電力機車有限公司，山西 大同037038；2.山西大同大學數學與統計學院，山西 大同037009）

電力機車的空氣制動系統是保證列車運行安全可靠的重要組成部分。空氣管路作為制動系統中傳輸壓縮空氣的載體，其組裝性能直接影響著列車的運行安全。中車大同電力機車有限公司生產的空氣管路集中布置在機械間走廊地板下方，每一路氣路管件之間通過橫梁實現固定連接組成管排，橫梁與車體焊接支架固定連接，從而保證了管路與機車車體的相對固定。車體內部設置有大量的設備安裝支架，導致作業平面高低不平。若在車體上實現管排的組裝，效率低下，操作者在作業時很容易由于腳踩不穩而發生磕碰受傷，造成安全事故，且難以保證空氣管路的裝配質量。為解決以上技術難點，對產品結構進行分析，設計了一種可以在車下實現管排預布的工裝，操作者正常站立就可以實現操作，降低了操作難度，并在車下即可實現對管路氣密性的測試。

中車大同電力機車有限公司現生產的車型涉及10余種，同時生產的車型往往在2種以上，并且還有出口寬軌機車，每種車型的管路長度和布置方式都不盡相同。在原有預布技術條件下，依據產品結構的不同設計了不同的管排工裝，由于工裝采用焊接鋼結構，車型較多的情況下，眾多的管排預布工裝占用了大量的作業場地，影響生產能力，工裝隨著車型的增多而增加。這種工藝方法解決了預布問題，卻使得工裝設計制造工作產生嚴重的重復勞動，工裝制造成本也不斷增加。為解決上述難點，對管排組裝工裝結構設計進行改進。

1 管排組裝工裝的工作原理

電力機車管排在安裝到機車車體焊接支架之前，先在管排組裝工裝上進行組裝及氣密性測試。橫梁定位機構按照產品圖紙中的橫梁數量進行制作，結構上實現對橫梁的支撐定位，定位銷穿過橫梁實現定位。端部定位機構按照管路數量來制作，結構上實現了對每根管路的支撐定位。所有定位機構實現管排在機車上安裝后裝配的尺寸，與產品圖紙保持一致。具體結構見圖1。

圖1 管排預布工裝

首先把管路安裝橫梁放置于橫梁定位機構上，利用定位銷實現橫梁定位。然后將管路按工藝文件要求放置到橫梁上，利用端部定位機構將其對齊，利用管卡將管路與橫梁連接固定，將各管路接頭擰緊。組裝完成后，通入壓縮空氣進行氣密性試驗，試驗合格后整體吊裝安裝到車體上。

2 產品圖紙分析

通過分析多個車型的機車中央管排裝配圖紙，發現不同的機車管排長度有很大差異，八軸機車單節長度在8 m左右，六軸機車單節長度在8 m左右，寬軌機車比標準軌機車寬80 mm左右，不同的機車管路間距不同。但是所使用的各種管子直徑規格基本一致，所以定位機構結構都相同。

3 管排組裝工裝的結構設計及改進

通過對產品圖紙進行分析，結合現場工裝制造使用過程中出現的問題，需要設計一種便于存放、適應多種車型的可調節尺寸的管排組裝工裝。為達到上述要求，在工藝裝備設計過程中開闊思路，大量采用新結構、新材料進行設計。通過對各種材料性能的對比分析，了解到鋁型材具有高強度、耐腐蝕、耐高溫、重量輕等優點，最主要的是其在縱向尺寸設置有T型安裝槽，可以實現定位機構的調節，見圖2。解決了橫向調節問題后，設計了縱向調節機構，截面相對簡單，強度要求低，其橫截面采用了C型壓型件滑道結構，見圖3。根據工裝使用性能，工裝在非定位件、主體橫梁類等主體簡單型面的零件只對強度和剛性有要求，使用普通的鋁型材比較適合。用鋁型材代替工裝結構中的橫梁、支架等非定位件普通鋼類結構件，達到了減輕工裝重量的目的，解決了長期存在的工裝搬運笨重的問題。調節機構安裝于尺寸調節機構上，可以沿T型安裝槽縱向移動，每個定位機構可以實現在安裝平面內任意位置點的定位。該工裝設計結構雖然簡單，但是制作原材料卻具備很好的柔性，使用者可以完全根據自己的實際需求設計產品的組裝形狀，調整起來也十分方便。

圖2 工業鋁型材結構示意圖

圖3 縱向調節機構

在工裝設計過程中采用了模塊化原理，模塊化產品的構成模式可用一個簡單的公式表達：新產品（系統）=通用模塊（不變部分）+專用模塊（變動部分），由于模塊化的產品是以現有模塊為基礎構成的，可大大縮短新產品設計、研制周期，增強企業對市場變化和用戶需求的快速應變能力，產品雖是多品種、小批量，但模塊是通用部件，仍可以取得批量生產的效率和效益[1]。結合所有車型管排的尺寸，設計了長度為4 m的模塊組裝單元，見圖4，每個模塊組裝單元安裝有尼龍把手和尼龍踢腳移動輪，方便移動和調平。模塊組裝單元之間采用內嵌槽條連接，操作方便快捷。工裝裝配無須焊接，調整尺寸方便，更改結構容易，僅對支撐支架位置做調整就可實現快速切換，在不使用時可以完全拆解裝箱存放，減少了工裝存儲空間。

圖4 模塊組裝單元

4 結束語

隨著電力機車產品研發與制造周期不斷縮短，對電力機車制造工藝裝備提出了更高的要求，要求其在滿足強度和剛度結構設計的前提下，向輕量化、柔性化方向發展，同時考慮在使用現場的美感和操作舒適度。采用新結構設計的工裝對所有定位件均采用了可移動調節式定位，使得工裝的通用性得到很好的體現。交付使用后，現場反應良好，一套工裝就可滿足多種車型管排預布的生產要求。該工裝能在極短的時間內實現快速切換，為新產品的試制工裝提供了良好的示范，同時節約了大量的工裝存放空間和工裝制造成本，對于同類機車制造工裝的設計尤其具有推廣意義。