边坡清筛机电线电缆防护管路国产化

2013-08-31王春梅陈春山

装备制造技术 2013年2期

王春梅，陈春山

（北京二七轨道交通装备有限责任公司，北京100072）

BS-1200(sbcHP3)型边坡清筛机系我公司引进美国LORAM公司的一种大型铁路工程机械养护产品，随着边坡清筛机设备的引进，产品的国产化日显重要，电线电缆防护管路的国产化遇到了一些问题。国内的美标防护管每种规格有最小起订量要求，单一规格≥5 T，边坡清筛机用防护管所有型号的需求总量不到1 T，单一规格更无法达到最小起订量要求。电线电缆防护管路国产化问题亟待解决。

本文主要对电线电缆防护管路的国产化，从以下几方面展开研究：首先研究引进原产品的性能和技术参数、掌握失效形式；其次掌控国产化后的质量；再次对准备应用的国产化产品心中有数，与进口钢管进行比对；最后将国产化产品装车验证。

1 原产品的性能参数

BS-1200(sbcHP3)型边坡清筛机全车的电线电缆需要布置在一套预制好的管路中，这套预制管路能够对电线电缆起到保护作用，防止电线电缆破损。美国LORAM公司的边坡清筛机电线电缆防护管路采用美标EMT（electrical-metallic tubing）薄壁钢管。美标EMT薄壁钢管参数，如表1所列。

表1 EMT管参数

EMT管的应用存在以下问题：

（1）EMT管原材料需要专门由国外进口，成本高昂，不利于控制整车成本。

（2）EMT薄壁钢管壁厚非常薄，国内没有相关的折弯设备，需购买国外专用折弯设备加工制作，造成设备成本上升。

（3）EMT薄壁钢管采购周期长，一般需要15~18周，受制于国外供应商，不利于国内生产组织管理，不利于提高生产效率。

2 失效形式

薄壁钢管弯曲成形是在纯弯曲作用力下，外径为D、壁厚为t 的管子受外力矩M的作用发生弯曲，外侧的管壁受拉应力的作用而减薄,内侧管壁受压应力的作用而增厚，当受压应力达到临界压应力时，由于微小扰动便容易发生由局部面内变形转到局部面外，形成沿厚向弯曲的分叉，即为弯管过程中常见的压缩失稳变形。美标EMT管的壁厚非常薄，现有的国产折弯设备无法完成对EMT管的折弯，用国产折弯设备对EMT管折弯，折弯角度超过20°易发生失稳变形，如图1所示。

图1 失稳变形

薄壁管一旦在折弯过程中发生失稳变形，不仅会浪费大量的管材，造成生产成本的提高和生产周期的延长，更为重要的是管内壁的拉伤会给电线电缆管路防护系统的可靠性和安全性带来致命的隐患。如何快捷有效地解决美标EMT管折弯并将成本控制在最小状态，EMT管的国产化亟待解决。

3 产品国产化

3.1 国产化原则

（1）内径相当，新型管路的内径要大于或等于原EMT管的内径，使之符合铁标TB/T 3153要求。

（2）壁厚适中，保证现有国产设备可以完成对新型管路的折弯加工，加工过程中不发生失稳变形。

（3）外径合理，保证足够的组装空间，避免与其它系统发生干涉。由于机车布局紧凑，内部组装空间有限，钢管外径选型如果过大，就会出现与其它系统发生干涉的问题。

（4）内壁平整光滑，新型管材内壁应平整光滑，避免在布线过程中发生损伤电线电缆，保证电气系统的可靠性和安全性。

3.2 方案对比

电线电缆管路防护系统的国产化，分别从软管防护及国内钢管防护两个方面进行了论证阐述。

（1）软管防护：选用英国Adaptaflex公司的软管及接头产品对EMT管进行国产化研究，该产品防护等级可达IP67或IP68，材质为尼龙，温度范围-40℃~120℃，抗紫外线辐射、柔韧性好、抗疲劳、阻燃、无卤、自熄。从各方面参数考虑，该产品无论从性能参数还是IP等级都表现优秀。

边坡清筛机工作条件恶劣，作业工况振动剧烈，经常出现石碴掉落的情况，尼龙软管易损坏，抗撞击能力差，易损伤线缆，影响机车正常运用，存在安全隐患。

（2）国产化钢管防护：受安装空间限制，选用与美标EMT管相近的钢管，国产钢管壁厚，现有折弯设备可对其进行折弯；防护性与原EMT管达到同等水平，耐磨性和耐腐蚀性高，抗撞击能力强，使用寿命达10年以上；安装空间小，符合边坡清筛机结构紧凑的要求；成本费用远远低于美标EMT管，降低了整车的制造成本；采购周期短，为EMT管的国产化提供了便利条件。

由于镀锌钢管管壁厚，与美标EMT管连接的EMT接头也要随之改变，而接头类产品与美标过线体相匹配的国标件起订量要求高，订购周期长，国产化方案实施过程中需要对连接部位确立匹配方案。

国产化钢管无论在性能上、功能上还是安装空间上都满足边坡清筛机的线缆防护要求，为后期机务段的维护检修提供了最佳途径，更能以最快的速度解决现场组装问题，保证整车生产进度，具有极大的优势，只是需要在接头配合上多下功夫，寻找快捷可靠的过渡方法。

3.3 与美标EMT钢管比对

（1）对比选型：

美标EMT薄壁钢管满足该项技术要求的优势就在于其管壁薄，管内空间大。

对国内钢管市场做了调研，以3/4″EMT管为例，基本符合要求的管材，如表2所示。

表2 钢管比对（外径×壁厚）

由表2可见，美标EMT管外径D1=23.42mm，内径D2=20.94mm，无缝钢管25×2.5的内径为20mm，比美标EMT管内径小，27×2的内径为23mm满足条件，但对此管材进行外径加工时，其外径需保证与美标EMT管外径相同，对27×2无缝钢管加工后壁厚t =（EMT管外径-无缝钢管内径）=（23.42-23）/2=0.21mm，太薄，安装强度无法满足要求；焊接钢管自不必说，两种近似选型都无法满足美标EMT管的内径要求，热镀锌钢管则在内径、外径和壁厚上都满足使用和加工要求。我们仍以3/4″EMT管为例，其加工后壁厚t =（EMT管外径-镀锌管内径）/2=（23.42-21.3）/2=1.06mm，美标3/4″EMT管壁厚为1.24mm，两者基本相当。经过试验，确定选用热镀锌钢管作为国产化产品，其与美标EMT管的参数对比如表3。

表3 美标EMT管的参数对比

（2）端头加工及折弯

美标EMT管两端的连接方案为通过美标EMT专用卡箍（CONDUITEMTCONN INSULATEDCOMPRESSION）与美标EMT钢管卡紧后再与过线盒（CONDUITOUTLET）直接相连。由于采用国标镀锌钢管外径大于EMT管，将无法实现国标钢管与美标EMT专用卡箍的紧固连接，为满足与接头接口相符合的安装要求，需要对钢管端头部位进行加工。

国产化钢管的两端加工外螺纹与EMT管接头（CONDUITCONN）紧固连接的方式，加工过程最简单，但由于边坡清筛机工作过程中振动剧烈，且国标镀锌钢管壁厚仍相对较薄，钢管端头加工外螺纹后连接处会产生应力集中，极易造成连接处断裂，此加工手段不可取。

将国产化钢管端头外径加工成与美标EMT管外径相同，加工面采取圆弧过度，减小应力集中，再用美标卡箍与之紧固后再与过线盒连接。加工过程相对繁琐，能保证国产化钢管与EMT管接头连接的紧固性和安全可靠性。

图2中D1为镀锌钢管外径尺寸，D2为镀锌钢管内径尺寸，D3为EMT管外径尺寸，d 为与EMT管接头匹配所需的配合尺寸，t 为镀锌钢管加工成型后的壁厚，R1和R2为加工过程中圆弧过度的半径尺寸。