江磊 唐洪

摘 要 本章對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座的結(jié)構(gòu)、制造工藝以及成本進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，從而更合理設(shè)計(jì)出機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座。

關(guān)鍵詞 機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座 分析 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U264 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Optimal Design of Locomotive Air Conditioning Installation Seat

JIANG Lei, TANG Hong

(CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd, Zhuzhou, Hunan 412001)

Abstract This paper analyzed installation seat structure of the traditional locomotive air conditioning, manufacturing process and cost, and the strength calculation, and thus more rational design of the locomotive air conditioning installation.

Key words locomotive air conditioner installation seat; analysis; optimal design

0 引言

“精益研發(fā)的核心是持續(xù)不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低產(chǎn)品成本”，傳統(tǒng)機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座（如圖1所示）的制造流程冗余，經(jīng)過(guò)分析，部分流程可以?xún)?yōu)化，從而降低成本；還有它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柔性差，給工藝人員帶來(lái)諸多不便，其實(shí)這個(gè)可以通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化，200km/h六軸客運(yùn)機(jī)車(chē)就是采用改進(jìn)后的空調(diào)安裝座（如圖2所示），它的經(jīng)濟(jì)性和柔性都有明顯的提高，而且其強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足要求。

圖1 改進(jìn)前的空調(diào)安裝座圖 2 改進(jìn)后的空調(diào)安裝座

1 經(jīng)濟(jì)性分析

機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座的成本由以下幾個(gè)部分組成：（1）材料費(fèi)；（2）標(biāo)準(zhǔn)件費(fèi)用；（3）工序加工費(fèi)；（4）包裝費(fèi)；（5）運(yùn)輸費(fèi)；（6）管理費(fèi)用。其中包裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、管理費(fèi)用對(duì)于上述兩種形式的空調(diào)安裝座基本相同，也不涉及到標(biāo)準(zhǔn)件，所以我們只要比較材料費(fèi)和工序加工費(fèi)就知道那種空調(diào)安裝座的設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)。

改進(jìn)前和改進(jìn)后的空調(diào)安裝座材質(zhì)都是Q235A,他們的重量分別是6.8696 kg/臺(tái)和8.882kg/臺(tái)，4mm厚度的Q235A板材市場(chǎng)價(jià)為4.5元/kg，考慮到下料時(shí)都會(huì)產(chǎn)生廢料，所以這兩種空調(diào)安裝座都是以5kg為單位下料，他們的材料費(fèi)就同為45元/臺(tái)。

機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座工序加工費(fèi)=設(shè)備折舊費(fèi)+人工費(fèi)用+輔助材料費(fèi)用，這是按照其成本構(gòu)成來(lái)分類(lèi)；按照其步驟可分下料切割、折彎、焊接這三個(gè)主要費(fèi)用。

經(jīng)計(jì)算，改進(jìn)的后空調(diào)安裝座成本為：156.35元/臺(tái)，改進(jìn)前的空調(diào)安裝座成本為115元/臺(tái)，改進(jìn)后的空調(diào)安裝座成本每臺(tái)下降45.1元/元，成本下降了近30%，不僅如此，加工周期也從174個(gè)工時(shí)/臺(tái)縮短到104個(gè)工時(shí)/臺(tái)，加工效率提高了30%多。

2 柔性分析

改進(jìn)前的空調(diào)安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柔性差，右空調(diào)安裝座焊接位置不僅有PB位置（水平位置）的角焊縫，還有PF位置（立上向上）的焊接，PF位置（立上向上）的焊接特點(diǎn)是焊接難度大，對(duì)焊工的焊接技巧要求高，焊后缺陷出現(xiàn)的概率高，給工藝人員和焊接工人帶來(lái)諸多不便；而且下料程序繁雜，安裝位置發(fā)生變化時(shí)，那么它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改動(dòng)較大，增加下料工時(shí)。改進(jìn)后的空調(diào)安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柔性好，它的焊接位置都是PB位置（水平位置）的角焊縫，操作簡(jiǎn)單，焊接質(zhì)量容易保證；左右調(diào)安裝座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是的是一樣的， 而且都是規(guī)則的折彎板和筋板，下料程序簡(jiǎn)單，工人操作方便。

另外，當(dāng)安裝位置發(fā)生變化時(shí)，或當(dāng)空調(diào)安裝座承載的重量增加時(shí)，它可以保證在不增加焊接難度以及下料成本的前提下，可以適當(dāng)調(diào)整折彎板上表面的面積來(lái)滿(mǎn)足要求，對(duì)切割、折彎和焊接等工藝基本沒(méi)有影響，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

3 有限元模型和強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)200KM六軸7200KM客運(yùn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)車(chē)體設(shè)計(jì)要求和DIN EN12663《鐵路應(yīng)用 — 鐵路車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)車(chē)空調(diào)安裝座進(jìn)行極限載荷工況強(qiáng)度校核，要求安裝座能夠同時(shí)承受相當(dāng)于縱向?g、橫向?g、垂向3g（包括重力）的載荷慣性的沖擊力，g為重力加速度。按照標(biāo)準(zhǔn)（UIC566客車(chē)車(chē)體及其零部件的載荷）對(duì)安裝座進(jìn)行常態(tài)載荷工況強(qiáng)度校核，分析安裝座在承受相當(dāng)于縱向?.25g、橫向?.2g、垂向?.3g（不包括重力）的載荷慣性力時(shí)的受力情況。在極限載荷作用下，母材區(qū)域的許用應(yīng)力為材料的屈服強(qiáng)度 S，焊縫區(qū)域的許用應(yīng)力為 S/1.1；常態(tài)載荷工況作用下，母材區(qū)域的許用應(yīng)力為 S /1.5，焊縫區(qū)域的許用應(yīng)力為 S/1.65，母材為Q235A，屈服強(qiáng)度為235MPa。結(jié)構(gòu)在ANSYS12.1有限元軟件平臺(tái)上進(jìn)行有限元建模，實(shí)施結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，如圖3，對(duì)中心剛性點(diǎn)加載。

安裝座共有四種極限載荷工況：垂向3g，縱向?g、橫向?g，由于結(jié)構(gòu)和加載情況都是對(duì)稱(chēng)的，所以四種工況結(jié)果也是對(duì)稱(chēng)的，圖4為垂向3g、縱向5g、橫向1g工況下的應(yīng)力云圖，如圖4最大Von-Mises應(yīng)力為114.309MPa（母材區(qū)域），安全系數(shù)為2.056，滿(mǎn)足要求。

圖3 剛性點(diǎn)加載圖4 應(yīng)力云圖

安裝座共有6種常態(tài)載荷工況，縱向?.25g，橫向?.2g，垂向1.3g和0.7g。

從表1可以看出安裝座的6種常態(tài)載荷工況均通過(guò)校核。

表1 常態(tài)載荷工況分析表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)從經(jīng)濟(jì)性、柔性和強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的空調(diào)安裝座對(duì)比分析，得到如下結(jié)論：在強(qiáng)度都滿(mǎn)足工況要求的情況下，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的空調(diào)安裝座成本下降了近30%，加工效率也提高了30%多，而且它的焊接位置更佳，易保證焊接質(zhì)量。

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