动车组撒砂装置吊装结构优化

秦佳颖 杜连涛 郭小行

【摘要】为改善恶劣轨面粘着状态，动车组设有撒砂装置有。本文针对运营中撒砂管的吊装套环磨损问题，运用冲突解决理论进行了分析，改进了撒砂装置吊装结构。改进后的方案经过运营考核证明此改进方案可行。

【关键词】撒砂装置；冲突解决理论；优化

1、引言

国内高速动车组的制动仍以粘着制动为主，而对于粘着制动而言，在制动过程中会不可避免的带来车轮滑行的问题。随着车辆速度的提高，轮轨间的粘着系数降低，车轮滑行几率增大。为改善恶劣轨面粘着状态，可通过撒砂装置有效改善轮轨接触面的工作环境，改善粘着系数，提高动车组运行品质。

在动车组中，撒砂喷嘴设置在距离轨面70cm左右高度内，砂箱焊接在车体上或者吊挂在车体上。来自砂箱的砂子通过软管引到转向架喷嘴处。撒砂喷嘴处设有加热棒。此段软管及加热线缆通过钢丝绳及套环等部件连接。因此连接属于柔性结构，且在列车运行过程中，受气流冲击影响，套环部位会发生磨损，如果磨损严重导致套环断裂脱落将给列车运营带来严重的安全隐患。

2、优化前结构

撒砂装置主要由砂箱、喷砂管、加热线缆、撒砂喷嘴、固定卡等组成。砂箱吊挂或焊接在车体上，撒砂喷嘴固定在转向架距离轨面70cm左右高度内。砂子通过喷砂软管引到喷砂嘴处，喷砂嘴处设有加热棒，加热线缆需从车体底架引到喷砂嘴处。喷砂管及加热线缆用柔性钢丝绳、支架及管卡等固定。

2.1具体固定方式

固定喷砂管及线缆是通过钢丝绳、管卡及套环一系列紧固装置实现。钢丝绳下端通过支架连接需要吊装的物体，上端吊装在支架上，为避免直接磨蹭钢丝绳，采用套环与支架相连，通过钢丝绳夹将钢丝绳套在套环上，以保护钢丝绳。安装过程中，可以根据实际需要调整钢丝绳的长度。具体固定方式如下图所示。

图1 现有吊装结构及磨损图

2.2现有固定方式存在问题

用于吊装撒砂管保护钢丝绳的套环磨损严重，磨损情况如图1所示。由于撒砂装置安装于车下转向架区域，套环断裂脱落将给列车运营带来严重的安全隐患。

2.3套环磨损原因

砂箱固定于车体底架，喷砂嘴需要固定在转向架构架上，由于空间有限，高度落差大，并且转向架与车体之间有相对运动，无法采用刚性连接的结构，砂箱与喷砂嘴、加热电缆之间的连接采用了钢丝绳柔性吊装连接方式，因此易受到气流、振动冲击的影响。当撒砂部件受到气流及振动冲击的作用下，导致固定喷砂管及加热线缆的支架及管卡一起运动，而保护钢丝绳套环运动存在滞后性，支架和套环发生了相对运动，造成了磨损的发生。

3、冲突解决理论分析

车辆运行中的振动及侧向气流充气作用下，钢丝绳吊装结构存在摆幅的情况下，若想套环不发生磨损，需要提高套环与支架的接触面积，减小两个部件之间的接触应力，提高部件强度，此时面临的问题是部件重量增加，在喷砂管与线缆存在运动时，部件外部轮廓变得复杂，可制造性变差。

技术冲突：为了降低套环磨损，需减小接触应力，提高部件强度，这将导致系统的重量增加，可制造性提高。由此确定标准工程参数为：

1）希望改进的特性：运动物体的面积（No.5）、应力或压力（No.11）；

2）恶化的特性：静止物体的重量（No.2）、形状（No.12）、可制造性（No.32）。

由冲突矩阵可查出发明原理如下表1所示。

表1 系统发明原理

根据系统的具体特点：选用的发明原理如表2所示。

表2 发明原理

通过查冲突矩阵，选择40条发明原理中的No.5合并、No.24中介物和No.35参数变化三条发明原理。它们的含义是：No.5合并：在空间上将相似的物体连接在一起，使其完成并行的操作。No.24中介物：使用中介物传递某一物体或某一种中间过程。No.35参数变化：改变套环热处理温度等参数，提高套环物理特性。

方案一：考虑套环与支架存在磨损，采用将套环与支架合并为一个部件，去除磨损源。

方案二：增加中介物，此中介物连接套环与支架，具有足够的强度，避免套环与支架直接连接。

方案三：改变套环尺寸，调整套环热处理工艺，改变热处理温度，提高支撑管抗磨强度。

通过评价，考虑方案的成本、实现的难易程度、可靠性以及可操作性，最终选用方案二作为现有运营车辆的改制方案，此种方案实施快捷。

4、方案实施

增加中介物吊环螺母实现套环与支架的连接，将吊环螺母固定于支架上，套环与吊环螺母的吊环连接，避免出现锋利边缘切割套环的情况。此种方案的选用的中介物吊环螺母为标准件，易实施，材质强度高，各种工况下性能稳定，方案可行。具体结构如下图所示。

图2 改进后方案

5、结论

此新型改制方案操作方便，经过运营考核，更换周期与原有结构相比延长了4倍，大大降低了寿命周期成本，降低了材料成本以及更换需用的人工成本，解决了此技术系统存在的问题。

参考文献

[1]檀润华.TRIZ及应用技术创新过程与方法[M].高等教育出版社，2010

[2]陈子顺，檀润华.理想化六西格玛原理与应用[M].高等教育出版社，2013

作者简介

秦佳颖，男，工学学士学位，工程师，主要从事动车组制动系统的研发设计工作，曾参与设计多种车型的制动系统方案及结构设计工作。