模块化设计在自翻车产品开发中的应用

2015-04-10卢志强

机械工程师 2015年7期

关键词：车钩功能模块总体

卢志强

（哈尔滨轨道交通装备有限责任公司产品设计部，哈尔滨 150056）

模块化设计在自翻车产品开发中的应用

卢志强

（哈尔滨轨道交通装备有限责任公司产品设计部，哈尔滨 150056）

从自翻车结构特点出发，研究了模块化设计理论在自翻车产品研发中的应用。通过对自翻车进行功能分析和模块划分，建立模块库，进行模块的类型选择及优化组合和变型设计，最终实现车辆的模块化总体组装。

模块化设计；自翻车；产品开发应用

0 引言

铁路用自动倾翻车是各工矿企业重要的运输装备。随着市场竞争的日益加剧，高效、快捷、低成本完成新产品研发是每个自翻车生产企业面临的课题，模块化设计的应用是一个有效途径。

1 自翻车模块化设计基本概念

自翻车的模块化设计就是在对其功能进行分析、分解的基础上，建立与功能相对应的功能模块，如车箱组成模块、底梁组成模块、转向架组成模块、车钩缓冲装置模块、倾翻机构模块等。通过对各个具体模块的设计、分类、选择和组合，形成新的、具有不同特点的自翻车总体设计方案，以快速响应和满足市场的不同需求。自动倾翻车模块化制造，就是最大程度地在车辆总体组装前将各个系统、部件进行预组装成相对独立的模块，再将各模块采用机械紧固或焊接、铆接等方式联结在一起。

2 自翻车总体功能分析

自翻车的总体功能是装运矿石、建材等散装货物，并利用机车或固定地点提供的动力自动卸货。

1）物料运输。运输物料的参数对自翻车装运、卸货都有较大影响，在模块化设计过程中要根据不同物料实现车辆优化设计。

2）动力控制系统。自翻车在运行过程中要依靠空气制动系统控制列车的运行速度和制动、缓解，在设计上要根据不同载重量和运行速度、运行线路坡度等因素确定空气制动系统相关参数。自翻车在倾翻卸货过程中需要依靠动力起升车体，所用动力主要有气压传动动力和液压传动动力两种，在设计中，要根据起升重量、复位状态及倾翻机构的特点等确定起升动力大小、形式和种类。

3）倾翻卸货。在倾翻机构设计上，要考虑倾翻稳定性及倾翻过程重心的变化规律，防止倾翻过程出现“扣斗”问题。

3 自翻车的功能分解

根据上述分析，我们可以按照自翻车的总体功能要求，可以对自翻车的总体功能分解为以下几个主要功能：物料运输功能，倾翻卸料功能和车辆控制功能（如图1）。

图1 自翻车总体功能分解框图

这几个主要功能又可具体分为若干分功能：物料运输功能可分为物料承载功能、车辆走行功能、车辆牵引连接功能；倾翻卸料功能可分为车体倾翻功能和车体复位功能；车辆控制功能可分为车辆制动缓解功能和倾翻控制功能。其中车辆控制既是自成体系的独立功能，又因其分别作用于物料运输及倾翻卸料过程中，而包含在这两个功能之中。

表1 自翻车功能模块分解及主要子模块表

4 自翻车模块划分及模块分解

通过对自翻车进行的功能分解以及按照功能进行的模块划分，可以看出，组成自翻车的主要功能模块有车箱组成模块、转向架组成模块、车钩缓冲装置模块、底梁组成模块、空气制动装置模块、手制动装置模块、门扇抑制装置模块、倾翻动力执行装置模块等几大部分。将以上主要功能模块继续分解可以得到若干层级的子模块（见表1）。

5 自翻车模块化设计应用案例

5.1 KF-40型气动自翻车模块化设计

KF-40型气动自翻车属于窄轨（轨距900 mm）气动倾翻车，通过对其进行功能及模块化分析，调用模块库中KF-20型、KF-60型自翻车相同功能模块，经过功能分析、对比和调整，快速确定出KF-40型气动自翻车模块化设计总体方案：

车箱组成模块采用大折页侧门模块，相应地采用中梁车箱底架模块，地板与车箱底架采用焊接方式固定，以减小卸料阻力；

底梁组成模块采用等截面箱型中梁的底梁形式；转向架模块为铸钢三大件式结构；

倾翻机构模块采用门扇抑制装置模块，每个侧门组成模块配套5组，全车共10组；倾翻动力执行装置模块采用气动倾翻装置模块，利用来自机车的压缩空气为倾翻动力，通过倾翻动力执行机构模块——4个双级单作用倾翻气缸完成车体两侧倾翻卸料动作。

空气制动装置模块采用120型空气制动机模块等铁路通用零部件。

车钩缓冲装置模块采用13B型上作用车钩及配套钩尾框，ST型缓冲器。

5.2 KF-40型气动自翻车模块化总体组装

如图2所示，KF-40型气动自翻车自下而上由转向架组成模块、空气制动装置模块、底梁组成模块、车钩缓冲装置模块、倾翻气缸组成模块、车箱组成模块和门扇抑制肘装置模块等组成。其模块化总体装配是在分别完成各个子模块组装的基础上，再根据各子模块之间的接口进行局部组装，最后按照自下而上的顺序进行整体组装并联接紧固。