秦佳穎 杜連濤 郭小行

【摘要】為改善惡劣軌面粘著狀態(tài)，動車組設(shè)有撒砂裝置有。本文針對運(yùn)營中撒砂管的吊裝套環(huán)磨損問題，運(yùn)用沖突解決理論進(jìn)行了分析，改進(jìn)了撒砂裝置吊裝結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的方案經(jīng)過運(yùn)營考核證明此改進(jìn)方案可行。

【關(guān)鍵詞】撒砂裝置；沖突解決理論；優(yōu)化

1、引言

國內(nèi)高速動車組的制動仍以粘著制動為主，而對于粘著制動而言，在制動過程中會不可避免的帶來車輪滑行的問題。隨著車輛速度的提高，輪軌間的粘著系數(shù)降低，車輪滑行幾率增大。為改善惡劣軌面粘著狀態(tài)，可通過撒砂裝置有效改善輪軌接觸面的工作環(huán)境，改善粘著系數(shù)，提高動車組運(yùn)行品質(zhì)。

在動車組中，撒砂噴嘴設(shè)置在距離軌面70cm左右高度內(nèi)，砂箱焊接在車體上或者吊掛在車體上。來自砂箱的砂子通過軟管引到轉(zhuǎn)向架噴嘴處。撒砂噴嘴處設(shè)有加熱棒。此段軟管及加熱線纜通過鋼絲繩及套環(huán)等部件連接。因此連接屬于柔性結(jié)構(gòu)，且在列車運(yùn)行過程中，受氣流沖擊影響，套環(huán)部位會發(fā)生磨損，如果磨損嚴(yán)重導(dǎo)致套環(huán)斷裂脫落將給列車運(yùn)營帶來嚴(yán)重的安全隱患。

2、優(yōu)化前結(jié)構(gòu)

撒砂裝置主要由砂箱、噴砂管、加熱線纜、撒砂噴嘴、固定卡等組成。砂箱吊掛或焊接在車體上，撒砂噴嘴固定在轉(zhuǎn)向架距離軌面70cm左右高度內(nèi)。砂子通過噴砂軟管引到噴砂嘴處，噴砂嘴處設(shè)有加熱棒，加熱線纜需從車體底架引到噴砂嘴處。噴砂管及加熱線纜用柔性鋼絲繩、支架及管卡等固定。

2.1具體固定方式

固定噴砂管及線纜是通過鋼絲繩、管卡及套環(huán)一系列緊固裝置實(shí)現(xiàn)。鋼絲繩下端通過支架連接需要吊裝的物體，上端吊裝在支架上，為避免直接磨蹭鋼絲繩，采用套環(huán)與支架相連，通過鋼絲繩夾將鋼絲繩套在套環(huán)上，以保護(hù)鋼絲繩。安裝過程中，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整鋼絲繩的長度。具體固定方式如下圖所示。

圖1 現(xiàn)有吊裝結(jié)構(gòu)及磨損圖

2.2現(xiàn)有固定方式存在問題

用于吊裝撒砂管保護(hù)鋼絲繩的套環(huán)磨損嚴(yán)重，磨損情況如圖1所示。由于撒砂裝置安裝于車下轉(zhuǎn)向架區(qū)域，套環(huán)斷裂脫落將給列車運(yùn)營帶來嚴(yán)重的安全隱患。

2.3套環(huán)磨損原因

砂箱固定于車體底架，噴砂嘴需要固定在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，由于空間有限，高度落差大，并且轉(zhuǎn)向架與車體之間有相對運(yùn)動，無法采用剛性連接的結(jié)構(gòu)，砂箱與噴砂嘴、加熱電纜之間的連接采用了鋼絲繩柔性吊裝連接方式，因此易受到氣流、振動沖擊的影響。當(dāng)撒砂部件受到氣流及振動沖擊的作用下，導(dǎo)致固定噴砂管及加熱線纜的支架及管卡一起運(yùn)動，而保護(hù)鋼絲繩套環(huán)運(yùn)動存在滯后性，支架和套環(huán)發(fā)生了相對運(yùn)動，造成了磨損的發(fā)生。

3、沖突解決理論分析

車輛運(yùn)行中的振動及側(cè)向氣流充氣作用下，鋼絲繩吊裝結(jié)構(gòu)存在擺幅的情況下，若想套環(huán)不發(fā)生磨損，需要提高套環(huán)與支架的接觸面積，減小兩個部件之間的接觸應(yīng)力，提高部件強(qiáng)度，此時(shí)面臨的問題是部件重量增加，在噴砂管與線纜存在運(yùn)動時(shí)，部件外部輪廓變得復(fù)雜，可制造性變差。

技術(shù)沖突：為了降低套環(huán)磨損，需減小接觸應(yīng)力，提高部件強(qiáng)度，這將導(dǎo)致系統(tǒng)的重量增加，可制造性提高。由此確定標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)為：

1）希望改進(jìn)的特性：運(yùn)動物體的面積（No.5）、應(yīng)力或壓力（No.11）；

2）惡化的特性：靜止物體的重量（No.2）、形狀（No.12）、可制造性（No.32）。

由沖突矩陣可查出發(fā)明原理如下表1所示。

表1 系統(tǒng)發(fā)明原理

根據(jù)系統(tǒng)的具體特點(diǎn)：選用的發(fā)明原理如表2所示。

表2 發(fā)明原理

通過查沖突矩陣，選擇40條發(fā)明原理中的No.5合并、No.24中介物和No.35參數(shù)變化三條發(fā)明原理。它們的含義是：No.5合并：在空間上將相似的物體連接在一起，使其完成并行的操作。No.24中介物：使用中介物傳遞某一物體或某一種中間過程。No.35參數(shù)變化：改變套環(huán)熱處理溫度等參數(shù)，提高套環(huán)物理特性。

方案一：考慮套環(huán)與支架存在磨損，采用將套環(huán)與支架合并為一個部件，去除磨損源。

方案二：增加中介物，此中介物連接套環(huán)與支架，具有足夠的強(qiáng)度，避免套環(huán)與支架直接連接。

方案三：改變套環(huán)尺寸，調(diào)整套環(huán)熱處理工藝，改變熱處理溫度，提高支撐管抗磨強(qiáng)度。

通過評價(jià)，考慮方案的成本、實(shí)現(xiàn)的難易程度、可靠性以及可操作性，最終選用方案二作為現(xiàn)有運(yùn)營車輛的改制方案，此種方案實(shí)施快捷。

4、方案實(shí)施

增加中介物吊環(huán)螺母實(shí)現(xiàn)套環(huán)與支架的連接，將吊環(huán)螺母固定于支架上，套環(huán)與吊環(huán)螺母的吊環(huán)連接，避免出現(xiàn)鋒利邊緣切割套環(huán)的情況。此種方案的選用的中介物吊環(huán)螺母為標(biāo)準(zhǔn)件，易實(shí)施，材質(zhì)強(qiáng)度高，各種工況下性能穩(wěn)定，方案可行。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖2 改進(jìn)后方案

5、結(jié)論

此新型改制方案操作方便，經(jīng)過運(yùn)營考核，更換周期與原有結(jié)構(gòu)相比延長了4倍，大大降低了壽命周期成本，降低了材料成本以及更換需用的人工成本，解決了此技術(shù)系統(tǒng)存在的問題。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳子順，檀潤華.理想化六西格瑪原理與應(yīng)用[M].高等教育出版社，2013

作者簡介

秦佳穎，男，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事動車組制動系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作，曾參與設(shè)計(jì)多種車型的制動系統(tǒng)方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。