电力机车管排组装工装结构设计及改进

郭吉星，郭 芳

（1.中车大同电力机车有限公司，山西 大同037038；2.山西大同大学数学与统计学院，山西 大同037009）

电力机车的空气制动系统是保证列车运行安全可靠的重要组成部分。空气管路作为制动系统中传输压缩空气的载体，其组装性能直接影响着列车的运行安全。中车大同电力机车有限公司生产的空气管路集中布置在机械间走廊地板下方，每一路气路管件之间通过横梁实现固定连接组成管排，横梁与车体焊接支架固定连接，从而保证了管路与机车车体的相对固定。车体内部设置有大量的设备安装支架，导致作业平面高低不平。若在车体上实现管排的组装，效率低下，操作者在作业时很容易由于脚踩不稳而发生磕碰受伤，造成安全事故，且难以保证空气管路的装配质量。为解决以上技术难点，对产品结构进行分析，设计了一种可以在车下实现管排预布的工装，操作者正常站立就可以实现操作，降低了操作难度，并在车下即可实现对管路气密性的测试。

中车大同电力机车有限公司现生产的车型涉及10余种，同时生产的车型往往在2种以上，并且还有出口宽轨机车，每种车型的管路长度和布置方式都不尽相同。在原有预布技术条件下，依据产品结构的不同设计了不同的管排工装，由于工装采用焊接钢结构，车型较多的情况下，众多的管排预布工装占用了大量的作业场地，影响生产能力，工装随着车型的增多而增加。这种工艺方法解决了预布问题，却使得工装设计制造工作产生严重的重复劳动，工装制造成本也不断增加。为解决上述难点，对管排组装工装结构设计进行改进。

1 管排组装工装的工作原理

电力机车管排在安装到机车车体焊接支架之前，先在管排组装工装上进行组装及气密性测试。横梁定位机构按照产品图纸中的横梁数量进行制作，结构上实现对横梁的支撑定位，定位销穿过横梁实现定位。端部定位机构按照管路数量来制作，结构上实现了对每根管路的支撑定位。所有定位机构实现管排在机车上安装后装配的尺寸，与产品图纸保持一致。具体结构见图1。

图1 管排预布工装

首先把管路安装横梁放置于横梁定位机构上，利用定位销实现横梁定位。然后将管路按工艺文件要求放置到横梁上，利用端部定位机构将其对齐，利用管卡将管路与横梁连接固定，将各管路接头拧紧。组装完成后，通入压缩空气进行气密性试验，试验合格后整体吊装安装到车体上。

2 产品图纸分析

通过分析多个车型的机车中央管排装配图纸，发现不同的机车管排长度有很大差异，八轴机车单节长度在8 m左右，六轴机车单节长度在8 m左右，宽轨机车比标准轨机车宽80 mm左右，不同的机车管路间距不同。但是所使用的各种管子直径规格基本一致，所以定位机构结构都相同。

3 管排组装工装的结构设计及改进

通过对产品图纸进行分析，结合现场工装制造使用过程中出现的问题，需要设计一种便于存放、适应多种车型的可调节尺寸的管排组装工装。为达到上述要求，在工艺装备设计过程中开阔思路，大量采用新结构、新材料进行设计。通过对各种材料性能的对比分析，了解到铝型材具有高强度、耐腐蚀、耐高温、重量轻等优点，最主要的是其在纵向尺寸设置有T型安装槽，可以实现定位机构的调节，见图2。解决了横向调节问题后，设计了纵向调节机构，截面相对简单，强度要求低，其横截面采用了C型压型件滑道结构，见图3。根据工装使用性能，工装在非定位件、主体横梁类等主体简单型面的零件只对强度和刚性有要求，使用普通的铝型材比较适合。用铝型材代替工装结构中的横梁、支架等非定位件普通钢类结构件，达到了减轻工装重量的目的，解决了长期存在的工装搬运笨重的问题。调节机构安装于尺寸调节机构上，可以沿T型安装槽纵向移动，每个定位机构可以实现在安装平面内任意位置点的定位。该工装设计结构虽然简单，但是制作原材料却具备很好的柔性，使用者可以完全根据自己的实际需求设计产品的组装形状，调整起来也十分方便。

图2 工业铝型材结构示意图

图3 纵向调节机构

在工装设计过程中采用了模块化原理，模块化产品的构成模式可用一个简单的公式表达：新产品（系统）=通用模块（不变部分）+专用模块（变动部分），由于模块化的产品是以现有模块为基础构成的，可大大缩短新产品设计、研制周期，增强企业对市场变化和用户需求的快速应变能力，产品虽是多品种、小批量，但模块是通用部件，仍可以取得批量生产的效率和效益[1]。结合所有车型管排的尺寸，设计了长度为4 m的模块组装单元，见图4，每个模块组装单元安装有尼龙把手和尼龙踢脚移动轮，方便移动和调平。模块组装单元之间采用内嵌槽条连接，操作方便快捷。工装装配无须焊接，调整尺寸方便，更改结构容易，仅对支撑支架位置做调整就可实现快速切换，在不使用时可以完全拆解装箱存放，减少了工装存储空间。

图4 模块组装单元

4 结束语

随着电力机车产品研发与制造周期不断缩短，对电力机车制造工艺装备提出了更高的要求，要求其在满足强度和刚度结构设计的前提下，向轻量化、柔性化方向发展，同时考虑在使用现场的美感和操作舒适度。采用新结构设计的工装对所有定位件均采用了可移动调节式定位，使得工装的通用性得到很好的体现。交付使用后，现场反应良好，一套工装就可满足多种车型管排预布的生产要求。该工装能在极短的时间内实现快速切换，为新产品的试制工装提供了良好的示范，同时节约了大量的工装存放空间和工装制造成本，对于同类机车制造工装的设计尤其具有推广意义。