机车管路设计结合现场生产的分析

李振民

摘 要：本文详细介绍了管路设计在现场生产时所遇到的几个常见问题，通过分析说明设计人员怎么更好地结合现场实际进行管路设计。设计人员在设计管路时应考虑现场的工装、工具以及设备等能够满足实际生产以及组装，避免设计的管路无法弯制和组装。因此设计人员除了运用三维软件以及仿真软件分析外，更要熟悉生产现场的作业流程和所用的工装、工具以及设备等，充分结合现场实际进行管路设计。

关键词：机车 钢管 数控弯管机

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0076-04

机车管路是机车制动系统很重要的一部分，目前机车所用的管路基本都是无缝不锈钢管，它通过管接头、管夹等紧固件布置在机车的车顶、司機室、机械间、底架以及转向架上。它将制动部件以及需要控制的部件连接起来，给它们提供必需的风源。首先设计人员根据管路原理图，运用三维软件或者二维软件设计管路，然后车间利用仿真软件进行模拟并计算下料长度，最后通过数控弯管机进行弯制。

因此，管路质量最重要的是从设计源开始的。设计的产品能否适应现场的工装、工具以及设备生产和能否运用现场的工具进行组装，是设计人员设计管路产品时必须考虑的重点。否则，不仅会浪费材料，更会延缓生产周期，造成时间和成本的双重损失，也会影响机车的使用性能，甚者可能会造成机车的安全事故。

1 钢管产品在现场生产中遇到的问题分析

1.1 钢管的中间直线段小于主夹长度，无法弯制

弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型，从三维中测量得到钢管的中间一段的直线段仅为15mm，然后转化成二维图纸，用数控弯管机仿真软件进行试弯，结果如图1所示。

从仿真软件进行模拟试弯后，发现此钢管的中间一段的直线段长度仅为15mm，小于现场弯管机的主夹模具长度25mm，所以在弯制第二个弯时，无法进行弯制。

1.2 钢管连续两个互相垂直弯两端的长度大于弯管机料夹中心到地面的高度时，弯制时会与地面干涉

弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型，OX方向的钢管长度为1200mm，OY方向的钢管长度为500mm，OZ方向的钢管长度为1200mm，现场生产用的数控弯管机KM-CNC38C2R4A料夹中心到底面的高度为1080mm，将三维转化成二维图纸，然后在仿真软件中输入坐标进行试弯，结果如图2所示。

从仿真软件进行模拟试弯后，可以看出设计的该钢管有两个弯，无论正反向弯制，钢管都会与地面发生干涉，导致管路无法弯制。

1.3 钢管连续两个相互垂直弯之间的距离小于副夹前端部到机头外圆的距离，弯制时钢管与机头或者主夹驱动机构发生干涉

（1）弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型，OX方向的钢管长度为150mm，OY方向的钢管长度为100mm，OZ方向的钢管长度为150mm，将三维转化成二维图纸，然后在模拟数控弯管机中输入坐标进行试弯，结果如图3所示。

用仿真软件进行模拟试弯后，可以看出该钢管无论正反向弯制，钢管都会与弯管机的机头发生干涉，导致钢管无法弯制。

（2）弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型如图4所示。

将三维转化成二维图纸，然后在仿真软件中输入坐标进行试弯，结果如图5所示。

用仿真软件进行模拟试弯后，可以看出该钢管无论正反向弯制，钢管都会与弯管机的主夹驱动机构发生干涉，导致钢管无法弯制。

1.4 钢管的设计总长度大于钢管的订货长度

钢管的设计总长度大于钢管的订货长度，导致现场生产无法下料进行生产。

1.5 钢管端部太短，导致无法与焊接接头进行焊接或预装管接头

（1）弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型如图6所示。

将钢管需要焊接的一端焊接到焊接接头，结果如图7所示。

焊接方块的深度5mm，钢管的直线段为5mm，那么在焊接的时候焊枪操作困难，而且焊缝周围不均匀影响焊接质量。

（2）弯制一根12×1.5的钢管，首先在三维软件中绘制钢管模型，将匹配钢管的卡套式管接头与钢管在三维软件中进行试装，结果如图8所示。

从三维软件的试装结果可以看出钢管端部直线段小于要预装的卡套式管接头的外套螺母的长度，这样导致钢管直线段不够，造成卡套式管接头无法预装。

2 机车钢管设计与现场适应性分析

通过对钢管设计与现场的工装、工具、设备以及匹配组件之间的适应性进行分析和总结，探究合理的设计方法以及解决措施。

2.1 针对钢管的中间直线段小于主夹长度，无法弯制问题

在钢管设计时要考虑钢管除首尾两端的直线段要大于现场弯管机主夹模具长度，否则就无法弯制。现以数控弯管机KM-CNC38C2R4A为例，机车所用的钢管直径一般为D=（8、10、12、15、18、22、28、35、42）mm，由于每种管径的钢管所用的主夹模具的长度不相同，管径D=（8、10、12、15、18、22、28、35、42）mm对应的主夹模具长度分别为：L=（25、30、25、30、50、50、60、60、105）mm。

设计人员在进行机车管路设计时，要充分考虑现场所用的弯管机，并了解弯管机的主夹模具的长度，使得设计的钢管直线段大于主夹长度，避免因没有考虑现场使用弯管机的现状而导致钢管无法生产，造成材料浪费和设备损坏。

2.2 针对钢管连续两个互相垂直弯两端的长度大于弯管机料夹中心到底面的高度时，弯制时会与地面干涉问题

由于弯管机设备自身的条件限制，在弯管机安装以后，弯管机料夹中心到底面的高度是一定的，就以现场的数控弯管机KM-CNC38C2R4A为例，料夹中心到底面的高度为1080mm，因此设计人员在设计管路时，要考虑钢管连续两个互相垂直弯两端的长度不能大于弯管机料夹中心到底面的高度，否则会导致钢管无法生产。endprint

2.3 针对钢管连续两个相互垂直弯之间的距离小于副夹前端部到机头外圆的距离

在钢管设计时要考虑钢管连续两个相互垂直弯之间的距离大于副夹前端部到机头外圆的距离，否则就无法弯制。现以数控弯管机KM-CNC38C2R4A为例，副夹前端部到机头外圆的距离为130mm，见图9。

2.4 针对钢管的设计总长度要小于钢管的订货长度

此问题也是设计人员应该在设计管路产品时十分重视的一点，在设计管路的过程中应该计算设计管路的总长度，确保设计的管路总长度务必小于现场订货的钢管的长度。例如钢管的订货长度为6000mm，那么设计的单根钢管的长度就不能超过6000mm，钢管的总长度尽量小于订货长度的5500mm，因为钢管有实际误差和下料的实际可用长度等影响。

2.5 针对钢管端部太短，导致钢管无法与焊接件进行焊接或无法预装管接头问题

设计人员在设计管路产品的过程中，由于空间的限制等因素导致没有考虑到现场工具以及组装件实际的组装尺寸要求，使得设计的钢管产品无法利用现场的焊枪进行焊接或者造成严重的焊接质量问题，同样如果没有考虑管接头预装所需要的距离，就会造成管接头预装不到位或无法预装，最后导致管接头无法安装到位或者造成管接头处泄漏。

（1）针对钢管端部太短，导致钢管无法与焊接件进行焊接的问题，设计人员应该在设计的过程中，充分了解现场焊枪操作所需要的空间。另外，尽量确保钢管焊接端的直线段长度要大于钢管伸入焊接件的长度，这样就能确保焊接周围的焊缝均匀，确保焊接质量。

（2）针对钢管端部太短，导致钢管无法与卡套式管接头进行预装问题，设计人员要充分考虑到各种卡套式管接头在预装过程中需要的距离。例如Parker的卡套式管接头，采用预装机进行预装，机车钢管各规格对应的卡套式管接头预装所需要的钢管直线段距离如表1所示。

3 结语

设计人员在设计管路产品的过程中，要充分考虑上述问题，紧密结合现场实际生产所运用的工装、工具、设备以及与之匹配的安装组件尺寸要求，这样就会避免因设计失误而造成现场无法作业或者造成质量问题。目前，产品设计运用的是比较先进的三维软件，设计人员要充分利用三维软件和动态仿真软件以及结合现场的实际现状进行产品设计。这样既能提高产品的设计质量，又能避免浪费和提高生产效率。

参考文献

[1] 刘豫湘，陆缙华，潘传熙.DK-1型电空制动机与电力机车空气管路系统[M].中国铁道出版社，2012.

[2] 王月明，王松文.動车组制动技术[M].中国铁道出版社，2012.endprint