高 明 司 媛 范駿波

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

印度諾伊達(dá)地鐵車輛(以下簡稱“諾伊達(dá)地鐵”)為出口印度城市諾伊達(dá)而生產(chǎn)的不銹鋼地鐵車輛，項(xiàng)目車輛共19列，4輛編組(2動(dòng)2拖)，列車編組為：-DT*M+M*DT-，如圖1所示。項(xiàng)目車輛上安裝部件要求維護(hù)方便、互換成本低，因此車輛上安裝部件集成化零部件較少，多為散件組裝結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致車輛上設(shè)備眾多，體積較大，車上可用于設(shè)備安裝空間較小，對于系統(tǒng)布置較為困難，因此急需對制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，故采用模塊化工藝，其優(yōu)勢在于[1-3]：(1)模塊化設(shè)計(jì)在組裝環(huán)節(jié)可改變零散部件現(xiàn)場測量、加工、組裝的傳統(tǒng)制造方式；(2)車輛模塊化部件可方便并加快車輛運(yùn)用現(xiàn)場的換件式維修保養(yǎng)工作；(3)通用的模塊化部件可降低維修保養(yǎng)工作的部件采購與管理成本。

以下將針對諾伊達(dá)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到方便后續(xù)維護(hù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力的效果。

圖1 車輛編組圖

1 諾伊達(dá)地鐵制動(dòng)系統(tǒng)簡介

諾伊達(dá)地鐵制動(dòng)系統(tǒng)采用電制動(dòng)(再生制動(dòng)/電阻制動(dòng))和空氣制動(dòng)混合的方式，列車制動(dòng)的形式采用“車控”方式，制動(dòng)力的分配為“列車級”。制動(dòng)施加的優(yōu)先級為優(yōu)先考慮電制動(dòng)(再生/電阻制動(dòng))，如果電制動(dòng)不能滿足總制動(dòng)力的需求，則采用空氣制動(dòng)補(bǔ)充，這樣有利于最大程度地利用電制動(dòng)，降低制動(dòng)閘瓦的磨耗，節(jié)省日常維護(hù)成本。

車輛制動(dòng)系統(tǒng)主要部件由供風(fēng)裝置、制動(dòng)控制裝置、輔助控制單元、懸掛裝置、連接管路、基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)備、車輪滑行保護(hù)設(shè)備及其他用風(fēng)部件組成，其中供風(fēng)裝置布置在M車上，輔助裝置布置在DC車上。主要系統(tǒng)包含供風(fēng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及懸掛供風(fēng)系統(tǒng)等。

2 制動(dòng)系統(tǒng)模塊化工藝方案設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)的目的是使得車輛上的制動(dòng)部件在不影響后期維護(hù)的前提下能夠盡可能集成為一體，從而優(yōu)化制動(dòng)性能，并在實(shí)際組裝時(shí)能夠有良好的工藝性，因此針對諾伊達(dá)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化工藝設(shè)計(jì)時(shí)的主體思路為：

(2)將散裝制動(dòng)零部件集成為一體，設(shè)計(jì)吊裝框架，使得集成后的零部件盡可能多地布置在吊掛框架上，組裝后成為單獨(dú)模塊，且可單獨(dú)進(jìn)行預(yù)組裝，并使得能夠在車下進(jìn)行組裝的部件盡量在車下進(jìn)行組裝，車輛安裝時(shí)僅需吊掛框架，將模塊整體安裝在車輛底架位置即可。

(3)將各制動(dòng)零部件間連接管路進(jìn)行模塊化統(tǒng)型設(shè)計(jì)，使得不同車型相同位置管路可進(jìn)行借用互換安裝，并將同類型、相近功能的制動(dòng)部件及管路盡可能設(shè)計(jì)在同一模塊內(nèi)。

3 制動(dòng)系統(tǒng)模塊化工藝設(shè)計(jì)方案實(shí)施

結(jié)合以上設(shè)計(jì)思路及諾伊達(dá)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)氣路圖特點(diǎn)，主要分別針對車輛的供風(fēng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸掛供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化工藝設(shè)計(jì)，同時(shí)對各系統(tǒng)間連接管路進(jìn)行統(tǒng)型模塊化設(shè)計(jì)，使得管路布置為最優(yōu)。

3.1 風(fēng)源模塊

供風(fēng)裝置布置在車輛M車底架位置，供風(fēng)單元部件包含空壓機(jī)、干燥塔、油水分離器、單向閥等主要部件，模塊化設(shè)計(jì)時(shí)可將此部分部件設(shè)計(jì)為整體模塊，同時(shí)為了提高車輛模塊化程度，考慮將總風(fēng)缸、制動(dòng)風(fēng)缸、懸掛風(fēng)缸、氣路板組成、閥箱組成、截?cái)嗳T、溢流閥等部件與供風(fēng)單元集成為一個(gè)模塊，采用模塊框架吊掛在車輛底架安裝位置，并將空壓機(jī)備份壓力開關(guān)、總風(fēng)欠壓壓力開關(guān)、空壓機(jī)壓力傳感器、自動(dòng)排水控制電磁閥、壓力測試接頭等較小且后續(xù)檢測、維修需經(jīng)常使用的閥體集成在閥箱組成中，如圖2所示。

圖2 風(fēng)源模塊

通過對供風(fēng)系統(tǒng)中所涉及供風(fēng)單元、干燥塔、儲(chǔ)氣風(fēng)缸、氣路板等部件進(jìn)行集成，完成了車輛上制動(dòng)系統(tǒng)的主要大部件的模塊化集成，并將較小且車輛運(yùn)行后檢測、維修使用率較高的閥體集成在閥箱組成中，不僅保護(hù)閥體同時(shí)也方便后續(xù)進(jìn)行操作，風(fēng)源模塊的集成不僅縮短了各設(shè)備間連接管路的距離，優(yōu)化了安裝，同時(shí)對于模塊可在車下進(jìn)行預(yù)組裝并做完氣密性試驗(yàn)后進(jìn)行安裝，簡化了安裝流程且消除了生產(chǎn)瓶頸。

3.2 制動(dòng)控制模塊

在模塊化設(shè)計(jì)時(shí)將該制動(dòng)部件集成為2個(gè)制動(dòng)控制模塊，分別安裝在車輛一、二位端車體底架下方，主要包含：制動(dòng)控制單元、防滑閥、均壓閥、防混閥等制動(dòng)部件，同時(shí)結(jié)合制動(dòng)控制模塊整體安裝位置布置在車輛底架一、二位端枕梁內(nèi)側(cè)部分，距離車輛懸掛供風(fēng)系統(tǒng)中用風(fēng)部件較近的特點(diǎn)，并且為了提高模塊集成度，將懸掛系統(tǒng)中所含差壓閥、排氣塞門和部分管路與制動(dòng)控制模塊集成為一體，將空簧壓力傳感器、制動(dòng)壓力傳感器、防滑壓力傳感器、停放制動(dòng)壓力開關(guān)、空簧壓力傳感器和壓力測試接頭集成為閥箱模塊，如圖3所示。

圖3 制動(dòng)控制模塊

通過對車輛制動(dòng)相關(guān)氣路進(jìn)行分析，將車輛上兩端制動(dòng)模塊設(shè)計(jì)為相同結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行替換安裝從而避免安裝時(shí)可能存在的模塊安裝混淆情況發(fā)生，同時(shí)結(jié)合模塊安裝位置與懸掛供風(fēng)設(shè)備距離較近的特點(diǎn)，將懸掛系統(tǒng)部件與制動(dòng)控制模塊進(jìn)行集成，提高制動(dòng)控制模塊集成度并釋放車輛底架安裝部件空間。

3.3 輔助控制模塊

每列車安裝有2個(gè)輔助控制模塊，均布置于編組中兩個(gè)DT車車體底架下方，輔助控制模塊基本為M車上風(fēng)源模塊中除了供風(fēng)部分的其他制動(dòng)零部件，主要包括制動(dòng)風(fēng)缸、懸掛風(fēng)缸、減壓閥、ACU氣路板、活塞閥、均壓閥等部件，通過集成模塊框架安裝在車體底架位置，如圖4所示。

結(jié)合DT車無空壓機(jī)等供風(fēng)設(shè)備特點(diǎn)，將其余制動(dòng)大部件集成為單獨(dú)模塊，其零部件對于模塊上安裝位置基于風(fēng)源模塊的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使得連接管路和接頭等部件具有可替換性，對于輔助控制模塊在車輛底架的安裝位置同樣基于M車風(fēng)源模塊安裝位置進(jìn)行布置，對于車輛的整體重量分布更加平均，優(yōu)化了車輛整體性能。

對于Y向紙瓦楞管，試樣C5- 70- 12的變形主要是穩(wěn)態(tài)漸進(jìn)屈曲，在臨近底部出現(xiàn)了微小的歐拉失穩(wěn)，也伴隨著輕微的橫向剪切現(xiàn)象；試樣C5- 110- 12最先出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)漸進(jìn)屈曲，再發(fā)生歐拉失穩(wěn)、橫向剪切，歐拉失穩(wěn)比管長70 mm時(shí)嚴(yán)重；而試樣C5- 150- 12的歐拉失穩(wěn)最嚴(yán)重且出現(xiàn)了角撕裂現(xiàn)象，如圖8所示。管長為150 mm時(shí)，紙瓦楞管出現(xiàn)的非理想變形模式占比增大，從而導(dǎo)致承載力下降，載荷-位移曲線有大幅度的下降趨勢，故管長的增加致使Y向紙瓦楞管組合變形模式更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)承載力降低。

圖4 輔助控制模塊

3.4 管路模塊

車輛制動(dòng)系統(tǒng)所連接管路主要包含兩端管路、中部管路三部分，中部管路布置在車輛底架車中位置，管路連接處留有風(fēng)源模塊(M車)、輔助控制模塊(DT車)接口、2個(gè)制動(dòng)控制模塊接口；端部管路分為一位端管路和二位端管路，兩端管路枕梁位置處各包含一個(gè)通用管路模塊，其中包含制動(dòng)系統(tǒng)的常用制動(dòng)、停放制動(dòng)接口，懸掛系統(tǒng)的高度閥部分、管路以及總風(fēng)管路，底架管路通過管夾固定在車輛底架安裝支架上，如圖5所示。

車輛各個(gè)制動(dòng)部件間通過管路進(jìn)行連通，壓縮空氣經(jīng)過空壓機(jī)通過連接管路到達(dá)各個(gè)用風(fēng)設(shè)備，車下管路如同制動(dòng)系統(tǒng)血管，因此管路相關(guān)零部件較多，導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)中管路的安裝往往占據(jù)大量作業(yè)時(shí)間，通過對車輛底架管路進(jìn)行模塊化布置，優(yōu)化了布管路徑，減少了管路數(shù)量同時(shí)方便了現(xiàn)場安裝，使得安裝時(shí)在車下先將管路進(jìn)行預(yù)組裝，裝車時(shí)模塊化安裝，極大地提高了生產(chǎn)效率且減少了不必要的操作。

圖5 管路模塊

3.5 模塊化部件布置結(jié)果

車輛制動(dòng)系統(tǒng)模塊部件具體布置時(shí)考慮車輛重量分配平均，將風(fēng)源裝置和輔助控制裝置放置在車輛底架中部位置，形成風(fēng)源模塊(M車)和輔助控制裝置(DT車)，將2個(gè)制動(dòng)及懸掛供風(fēng)裝置布置在車輛兩端，且距離枕梁位置較近，使得操作指令能夠快速到達(dá)空簧及基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，形成制動(dòng)控制模塊，并將模塊間連接管路進(jìn)行統(tǒng)型設(shè)計(jì)，使得各車型間能夠借用互換，分別形成了中部管路模塊和端部管路模塊。模塊化設(shè)計(jì)后的各部件在車下安裝位置如圖6所示。

圖6 模塊布置圖

4 諾伊達(dá)地鐵制動(dòng)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

依賴于模塊化設(shè)計(jì)，模塊化組裝能夠簡化生產(chǎn)流程，利于實(shí)際生產(chǎn)操作，是一種日趨成熟的工藝措施，模塊化設(shè)計(jì)使零部件集成化程度較高，減少了零散部件，減小了整車組裝難度與工作量，大大縮短了整車的組裝時(shí)間，改善了車下安裝的工作環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本[3]。諾伊達(dá)地鐵制動(dòng)系統(tǒng)模塊化工藝設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)有:

(1) 優(yōu)化組裝，提高工藝性，符合人因工程，方便操作，通過對制動(dòng)系統(tǒng)的分析，分別對風(fēng)源系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、懸掛供風(fēng)系統(tǒng)涉及部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出風(fēng)源模塊、制動(dòng)控制模塊、輔助控制模塊，各個(gè)模塊能夠在車下進(jìn)行單獨(dú)組裝，無須仰頭工作，既方便了工人的操作，也提高了工作效率。同時(shí)模塊組成吊裝后，大大減少了裝配場地的工作量。

(2)縮短了指令部件與執(zhí)行部件間距離，并簡化了連接管路，如制動(dòng)控制模塊中考慮制動(dòng)和懸掛供風(fēng)設(shè)備距離較近的特點(diǎn)，將懸掛系統(tǒng)部件與制動(dòng)控制模塊進(jìn)行集成，從而提高制動(dòng)控制模塊集成度并釋放車輛底架安裝部件空間。

(3)防止混淆、簡化設(shè)計(jì)，將管路進(jìn)行模塊化集成，且將不同車型相同部位管路部件設(shè)計(jì)為相同結(jié)構(gòu)，從而簡化設(shè)計(jì)工作量，并能夠防止組裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)亂現(xiàn)象。

(4)均分車輛重量，提高車輛性能，通過模塊化設(shè)計(jì)，在進(jìn)行模塊及管路布置時(shí)充分考慮車輛重量分布，使得模塊組裝后重量能夠均勻分布在車輛底架，從而提高車輛整體性能。

(5)優(yōu)化工藝流水線，消除瓶頸工序，通過模塊化集成可使得大部分部件均為一體，生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)流水線生產(chǎn)節(jié)拍靈活調(diào)節(jié)模塊預(yù)組裝時(shí)間，消除流水線瓶頸。

5 結(jié)論

模塊化設(shè)計(jì)是軌道交通車輛產(chǎn)品向先進(jìn)、成熟、美觀及低成本方向發(fā)展的趨勢[4]，諾伊達(dá)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)模塊化尤其是風(fēng)源、制動(dòng)控制、輔助控制、管路模塊的設(shè)計(jì)，簡化了生產(chǎn)組裝，提高了工作效率，消除了生產(chǎn)瓶頸，優(yōu)化了流水線節(jié)拍，使制動(dòng)設(shè)計(jì)理念有了進(jìn)一步提升。