王春梅,陳春山
(北京二七軌道交通裝備有限責任公司,北京100072)
BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機系我公司引進美國LORAM公司的一種大型鐵路工程機械養(yǎng)護產(chǎn)品,隨著邊坡清篩機設備的引進,產(chǎn)品的國產(chǎn)化日顯重要,電線電纜防護管路的國產(chǎn)化遇到了一些問題。國內(nèi)的美標防護管每種規(guī)格有最小起訂量要求,單一規(guī)格≥5 T,邊坡清篩機用防護管所有型號的需求總量不到1 T,單一規(guī)格更無法達到最小起訂量要求。電線電纜防護管路國產(chǎn)化問題亟待解決。
本文主要對電線電纜防護管路的國產(chǎn)化,從以下幾方面展開研究:首先研究引進原產(chǎn)品的性能和技術(shù)參數(shù)、掌握失效形式;其次掌控國產(chǎn)化后的質(zhì)量;再次對準備應用的國產(chǎn)化產(chǎn)品心中有數(shù),與進口鋼管進行比對;最后將國產(chǎn)化產(chǎn)品裝車驗證。
BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機全車的電線電纜需要布置在一套預制好的管路中,這套預制管路能夠?qū)﹄娋€電纜起到保護作用,防止電線電纜破損。美國LORAM公司的邊坡清篩機電線電纜防護管路采用美標EMT(electrical-metallic tubing)薄壁鋼管。美標EMT薄壁鋼管參數(shù),如表1所列。
表1 EMT管參數(shù)
EMT管的應用存在以下問題:
(1)EMT管原材料需要專門由國外進口,成本高昂,不利于控制整車成本。
(2)EMT薄壁鋼管壁厚非常薄,國內(nèi)沒有相關(guān)的折彎設備,需購買國外專用折彎設備加工制作,造成設備成本上升。
(3)EMT薄壁鋼管采購周期長,一般需要15~18周,受制于國外供應商,不利于國內(nèi)生產(chǎn)組織管理,不利于提高生產(chǎn)效率。
薄壁鋼管彎曲成形是在純彎曲作用力下,外徑為D、壁厚為t 的管子受外力矩M的作用發(fā)生彎曲,外側(cè)的管壁受拉應力的作用而減薄,內(nèi)側(cè)管壁受壓應力的作用而增厚,當受壓應力達到臨界壓應力時,由于微小擾動便容易發(fā)生由局部面內(nèi)變形轉(zhuǎn)到局部面外,形成沿厚向彎曲的分叉,即為彎管過程中常見的壓縮失穩(wěn)變形。美標EMT管的壁厚非常薄,現(xiàn)有的國產(chǎn)折彎設備無法完成對EMT管的折彎,用國產(chǎn)折彎設備對EMT管折彎,折彎角度超過20°易發(fā)生失穩(wěn)變形,如圖1所示。
圖1 失穩(wěn)變形
薄壁管一旦在折彎過程中發(fā)生失穩(wěn)變形,不僅會浪費大量的管材,造成生產(chǎn)成本的提高和生產(chǎn)周期的延長,更為重要的是管內(nèi)壁的拉傷會給電線電纜管路防護系統(tǒng)的可靠性和安全性帶來致命的隱患。如何快捷有效地解決美標EMT管折彎并將成本控制在最小狀態(tài),EMT管的國產(chǎn)化亟待解決。
(1)內(nèi)徑相當,新型管路的內(nèi)徑要大于或等于原EMT管的內(nèi)徑,使之符合鐵標TB/T 3153要求。
(2)壁厚適中,保證現(xiàn)有國產(chǎn)設備可以完成對新型管路的折彎加工,加工過程中不發(fā)生失穩(wěn)變形。
(3)外徑合理,保證足夠的組裝空間,避免與其它系統(tǒng)發(fā)生干涉。由于機車布局緊湊,內(nèi)部組裝空間有限,鋼管外徑選型如果過大,就會出現(xiàn)與其它系統(tǒng)發(fā)生干涉的問題。
(4)內(nèi)壁平整光滑,新型管材內(nèi)壁應平整光滑,避免在布線過程中發(fā)生損傷電線電纜,保證電氣系統(tǒng)的可靠性和安全性。
電線電纜管路防護系統(tǒng)的國產(chǎn)化,分別從軟管防護及國內(nèi)鋼管防護兩個方面進行了論證闡述。
(1)軟管防護:選用英國Adaptaflex公司的軟管及接頭產(chǎn)品對EMT管進行國產(chǎn)化研究,該產(chǎn)品防護等級可達IP67或IP68,材質(zhì)為尼龍,溫度范圍-40℃~120℃,抗紫外線輻射、柔韌性好、抗疲勞、阻燃、無鹵、自熄。從各方面參數(shù)考慮,該產(chǎn)品無論從性能參數(shù)還是IP等級都表現(xiàn)優(yōu)秀。
邊坡清篩機工作條件惡劣,作業(yè)工況振動劇烈,經(jīng)常出現(xiàn)石碴掉落的情況,尼龍軟管易損壞,抗撞擊能力差,易損傷線纜,影響機車正常運用,存在安全隱患。
(2)國產(chǎn)化鋼管防護:受安裝空間限制,選用與美標EMT管相近的鋼管,國產(chǎn)鋼管壁厚,現(xiàn)有折彎設備可對其進行折彎;防護性與原EMT管達到同等水平,耐磨性和耐腐蝕性高,抗撞擊能力強,使用壽命達10年以上;安裝空間小,符合邊坡清篩機結(jié)構(gòu)緊湊的要求;成本費用遠遠低于美標EMT管,降低了整車的制造成本;采購周期短,為EMT管的國產(chǎn)化提供了便利條件。
由于鍍鋅鋼管管壁厚,與美標EMT管連接的EMT接頭也要隨之改變,而接頭類產(chǎn)品與美標過線體相匹配的國標件起訂量要求高,訂購周期長,國產(chǎn)化方案實施過程中需要對連接部位確立匹配方案。
國產(chǎn)化鋼管無論在性能上、功能上還是安裝空間上都滿足邊坡清篩機的線纜防護要求,為后期機務段的維護檢修提供了最佳途徑,更能以最快的速度解決現(xiàn)場組裝問題,保證整車生產(chǎn)進度,具有極大的優(yōu)勢,只是需要在接頭配合上多下功夫,尋找快捷可靠的過渡方法。
(1)對比選型:
美標EMT薄壁鋼管滿足該項技術(shù)要求的優(yōu)勢就在于其管壁薄,管內(nèi)空間大。
對國內(nèi)鋼管市場做了調(diào)研,以3/4″EMT管為例,基本符合要求的管材,如表2所示。
表2 鋼管比對(外徑×壁厚)
由表2可見,美標EMT管外徑D1=23.42mm,內(nèi)徑D2=20.94mm,無縫鋼管25×2.5的內(nèi)徑為20mm,比美標EMT管內(nèi)徑小,27×2的內(nèi)徑為23mm滿足條件,但對此管材進行外徑加工時,其外徑需保證與美標EMT管外徑相同,對27×2無縫鋼管加工后壁厚t =(EMT管外徑-無縫鋼管內(nèi)徑)=(23.42-23)/2=0.21mm,太薄,安裝強度無法滿足要求;焊接鋼管自不必說,兩種近似選型都無法滿足美標EMT管的內(nèi)徑要求,熱鍍鋅鋼管則在內(nèi)徑、外徑和壁厚上都滿足使用和加工要求。我們?nèi)砸?/4″EMT管為例,其加工后壁厚t =(EMT管外徑-鍍鋅管內(nèi)徑)/2=(23.42-21.3)/2=1.06mm,美標3/4″EMT管壁厚為1.24mm,兩者基本相當。經(jīng)過試驗,確定選用熱鍍鋅鋼管作為國產(chǎn)化產(chǎn)品,其與美標EMT管的參數(shù)對比如表3。
表3 美標EMT管的參數(shù)對比
(2)端頭加工及折彎
美標EMT管兩端的連接方案為通過美標EMT專用卡箍(CONDUITEMTCONN INSULATEDCOMPRESSION) 與美標EMT鋼管卡緊后再與過線盒(CONDUITOUTLET)直接相連。由于采用國標鍍鋅鋼管外徑大于EMT管,將無法實現(xiàn)國標鋼管與美標EMT專用卡箍的緊固連接,為滿足與接頭接口相符合的安裝要求,需要對鋼管端頭部位進行加工。
國產(chǎn)化鋼管的兩端加工外螺紋與EMT管接頭(CONDUITCONN)緊固連接的方式,加工過程最簡單,但由于邊坡清篩機工作過程中振動劇烈,且國標鍍鋅鋼管壁厚仍相對較薄,鋼管端頭加工外螺紋后連接處會產(chǎn)生應力集中,極易造成連接處斷裂,此加工手段不可取。
將國產(chǎn)化鋼管端頭外徑加工成與美標EMT管外徑相同,加工面采取圓弧過度,減小應力集中,再用美標卡箍與之緊固后再與過線盒連接。加工過程相對繁瑣,能保證國產(chǎn)化鋼管與EMT管接頭連接的緊固性和安全可靠性。
圖2中D1為鍍鋅鋼管外徑尺寸,D2為鍍鋅鋼管內(nèi)徑尺寸,D3為EMT管外徑尺寸,d 為與EMT管接頭匹配所需的配合尺寸,t 為鍍鋅鋼管加工成型后的壁厚,R1和R2為加工過程中圓弧過度的半徑尺寸。
圖2 端頭加工
各規(guī)格鍍鋅鋼管端頭加工成型后的外徑尺寸如表4所示。
表4 加工成型后的外徑尺寸
對各種規(guī)格的鍍鋅鋼管進行30°、60°和90°折彎試驗,折彎效果良好,沒有出現(xiàn)褶皺、開裂現(xiàn)象,折彎處過渡平滑。
在邊坡清篩機國產(chǎn)化試制中,采用本技術(shù)方案的電線電纜管路防護系統(tǒng)得到實際應用,管路預制實施流程如圖3所示。
圖3 配裝流程
鑒于組裝空間要求,圖4中長度A、F、E、D 和角度β、γ、δ 均不可變,α 的折彎角度至關(guān)重要,既要保證薄壁管在折彎過程中避免發(fā)生起皺失穩(wěn)現(xiàn)象,又要保證整體管路布置方向保持不變,與其他設備順利連接。
圖4 圖紙
在機床上根據(jù)實際情況邊折彎邊計算長度尺寸,完成δ 折彎后,預留出輪模與夾模所需的最短距離d,連續(xù)兩次對α 角度進行α/2角度折彎,如圖4所示,成功完成鋼管折彎,如圖5所示。
圖5 折彎效果
國產(chǎn)化鋼管端頭處理按圖2及表4執(zhí)行。
完成折彎及端頭加工后,將國產(chǎn)化鋼管現(xiàn)場裝車(如圖6),經(jīng)過驗證,外觀美觀,折彎圓滑,無失穩(wěn)變形,與美標EMT管接頭的銜接緊密,達到了預期國產(chǎn)化鋼管的組裝效果。通過實際運用驗證表明,在功能上和防護等級上與美標EMT管相當,耐磨性、耐腐蝕性高,抗撞擊能力更強。
圖6 裝車效果
國產(chǎn)化鋼管電磁兼容性更好。在進行電氣系統(tǒng)設計時就考慮了所有的干擾途徑(包括輻射、感應、傳導以及靜電放電等),通過更厚壁厚的鋼管屏蔽,隔離了干擾信號對信號線纜的干擾,有效地保證了機車成功的抵制各種不同運行區(qū)域,不同電磁干擾源所造成的干擾。
國產(chǎn)化鋼管利用公司現(xiàn)有折彎設備即可完成鋼管折彎,節(jié)約了設備采購成本,提高了整車的國產(chǎn)化率,方便客戶運用維修,降低了制造和維修成本。
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