城轨空簧附加风缸正位运输工装设计研究

张一鸣，刘 泉，曾志权，邹 伟

(南车株洲电力机车有限公司 制动分公司，湖南 株洲 412001)

城轨空簧附加风缸正位运输工装设计研究

张一鸣，刘 泉，曾志权，邹 伟

(南车株洲电力机车有限公司 制动分公司，湖南 株洲 412001)

首先对目前南车株洲电力机车有限公司制动分公司承制的城轨空簧附加风缸类型进行归纳总结，然后针对城轨空簧附加风缸在运输工程中存在反位运输的问题，提出了通用的正位运输工装的设计方案，最后通过不同工况下的分析计算，证明工装的强度与稳定性均满足要求。

城轨空簧附加风缸；正位运输工装；强度；稳定性

目前，南车株洲电力机车有限公司制动分公司承担南车株洲电力机车有限公司(简称株机公司)多条地铁线路的城轨空簧附加风缸(以下简称附加风缸)的装配与试验工作，却存在风缸的反位运输问题，为了降低操作难度，减少操作时间，提高效率，需将目前制动分公司反位运输的附加风缸改成正位运输。

1 城轨空簧附加风缸产品介绍

1.1城轨空簧附加风缸作用及其重要性

空气弹簧悬挂系统如图1所示，主要由空气弹簧本体、附加空气室、高度控制装置、差压阀和节流孔(阀)等组成。该系统的工作原理为：车辆静载荷增加时，空气弹簧被压缩使空气弹簧工作高度降低，这时高度控制阀随车体下降，由于高度调整连杆的长度固定，此时高度调整杠杆开始转动打开高度控制阀的进气机构，附加风缸中压力空气由列车风源通过高度控制阀的进气机构进入空气弹簧和附加空气室，直到高度调整杠杆回到水平位置,即空气弹簧恢复其原来的工作高度；车辆静载荷减小时，空气弹簧伸长使空气弹簧的工作高度增大，高度控制阀随车体上升，同样由于高度调整连杆的长度固定，高度调整杠杆开始反向转动打开高度控制阀的排气机构，压力空气由空气弹簧和附加空气室通过高度控制阀的排气机构经排气口排入大气，直到高度调整杠杆回到水平位置[1]。

1.2制动分公司城轨空簧附加风缸种类

制动分公司承制的附加风缸种类众多，根据地铁线路不同分为：安卡拉线附加风缸、宁波线附加风缸、长沙2号线附加风缸、无锡1号线附加风缸、武汉线附加风缸、上海11号线附加风缸。这6种附加风缸的主要尺寸规格见表1。

通过分析表1中不同地铁线附加风缸规格，可以将分公司地铁线附加风缸分为3类：(1)带球阀的安卡拉线附加风缸，如图2所示；(2)两风缸顺序排列的宁波线、长沙2号线、武汉线、上海11号线，如图3所示；(3)两风缸并排放置的无锡1号线，如图4所示。

2 城轨空簧附加风缸运输现状分析

为方便作业，一直以来，附加风缸的装配、运输交送都是采取反位放置，反位放置情况如图5所示，而附加风缸安装时需要正位安装，正位安装如图6所示，但附加风缸设计时却没有考虑到产品正位放置进行装配、运输交送的工艺结构。

附加风缸在交送城轨事业部之后，要由城轨事业部将反位放置的附加风缸正放，从而增加了城轨事业部的装配作业时间，提高了人工成本，所以城轨事业部为了方便产品装车，要求分公司按产品正位放置方式进行产品运输交送，这就要求制动分公司赶制产品正位运输工装。

3 城轨空簧附加风缸运输工装设计与分析

3.1城轨空簧附加风缸运输工装设计

针对目前附加风缸存在的问题，提出2种正位放置工装的设计方案。

3.1.1工装与装配一体化设计方案

一体化工装就是在保证附加风缸正位放置的同时，还能在工装上进行附加风缸的组装作业，但通过方案验证发现，这种方法虽然将组装和正位放置两者合二为一，但在组装时会增加操作难度，增加操作时间，影响效率。比如在进行风缸的组装时，工艺文件要求先将风缸箍带穿过风缸安装架组焊，然后再将风缸用箍带紧固，按照平时的反位组装习惯，这一工序是没有任何问题的，但若在正位工装上进行组装，则需人工将风缸抬起后，再用风缸箍带将风缸紧固，这就增加了作业难度。因此，为了方便作业，产品的组装与试验继续采取惯用的反位放置方式进行，于是提出了第二种正位工装的设计方案。

3.1.2正位运输工装设计方案

由1.2节可知，制动分公司附加风缸主要可分为3类。从经济性与厂房面积等角度出发，并兼顾工装通用性要求，设计了一种可以适用于3类附加风缸的运输工装[2-3]，设计方案如下：

a.工装的承重支架为2个V型槽，考虑到通用性要求，2个V型槽宽度可调。

b.由于安卡拉线风缸底部有球阀，所以需要考虑设计的2个V型槽的高度值。

c.考虑到无锡1号线的2个风缸并排放置，为了高效利用工装，2个V型槽支撑架采用可拆卸的结构，采用螺栓连接。

工装CAD图如图7所示，安装风缸后的整体结构示意图如图8所示，工装三维图如图9所示。

3.2工装强度与稳定性分析

由于工装在实际应用过程中可能存在断裂或倾覆现象，所以需对工装进行不同工况的强度与稳定性分析[4]。

3.2.1不同工况分类

根据实际情况，工装主要分为3种不同应用工况：(1)工况1，即起吊、放置工况，示意图如图10所示；(2)工况2，即叉车工况，示意图如图11所示；(3)工况3，即运输工况，示意图如图12所示。

3.2.2不同工况工装强度与稳定性分析

a.工况1工装强度分析。

此种工况下主要分析工装的强度，如图10所示。考虑工装的受力情况，可通过比较工装应力与工装材料强度，分析工装强度的可靠性。

弯矩：

M=PL

(1)

计算应力：

许用应力：

式中：P为作用力；L为径向矢量；y为作用点距中性轴z的距离；I为整个横截面对中性轴z的惯性矩；B，b，H，a，e1，e2为惯性矩计算中间量。通常情况下，取安全系数μ=5，则[σ]=72MPa。

由于本工装采用的是50mm×50mm×5mm的Q235角钢，屈服强度为235MPa，[σ]<235MPa，工装强度符合要求。

b.工况2工装强度分析。

此种工况与工况1类似，具体计算过程参照工况1。此种工况下[σ]=172MPa，[σ]<235MPa，工装强度符合要求。

c.工况3工装稳定性分析。

此种工况下主要分析工装的稳定性即防倾覆性，当运输车辆进行转弯或加速时，会产生一定的加速度，则工装就会产生一个横向推力，当工装与车辆摩擦力足够大时，工装就会有一个倾覆的趋势，如果重力距小于翻转力矩,则工装倾覆，为了防止工装倾覆，需考虑图12中L的长度。

假设车辆加速度最大值amax=2g，此时，为了保证工装在运输途中的稳定性和防倾倒性，应使mgL>maH，即L>2H，其中H=374.3mm，则取L=800mm。

4 结束语

本文设计的城轨空簧附加风缸正位运输工装，通用性强，为工装设计提供了一种新思路，但由于时间与知识所限，考虑的工装运用工况还不是十分充分，没有完全贴近工装的实际运用情况，下一步应继续加强工装的运用工况分析，以更贴近实际。

[1] 刘增华，李芾，黄运华．空气弹簧及其在轨道车上的应用[J]．电力机车与城轨车辆，2003，26(6)：24-27.

[2] 陈立德．工装设计[M]．上海：上海交通大学出版社，1999.

[3] 王杰．机械制造工程学[M]．北京：北京邮电大学出版社，2004.

[4] 刘鸿文．材料力学[M]．北京：高等教育出版社，2004.

The design on the transportation tools of air spring additional cylinder for urban rail

ZHANG Yiming, LIU Quan, ZENG Zhiquan, ZOU Wei

(Brake branch of CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd., Hunan Zhuzhou, 412001, China)

Aiming at the transporting the air spring additional cylinder used in urban rail, it proposes the types of air spring additional cylinder, designs the transportation tools, puts forward the general transport equipment, analyzes different working conditions, proves the intension and stability of the transportation tools.

air spring additional cylinder for urban rail; transportation tools; intension; stability

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.04.014

2015-03-19

张一鸣(1986—)，男，吉林伊通人，南车株洲电力机车有限公司助理工程师，硕士，主要从事制动系统研发工作。

TH122

A

2095-509X(2015)04-0057-04