（机械工程专业论文）铁路货车空气制动系统制造工艺的优化研究.pdf

摘要 摘要 空气制动系统是铁路货车的关键部件，多年以来制造工艺水平相对落后，影响了货 车整体技术水平的提升，影响到行车安全，也制约了车辆利用率的进一步提高。本文通 过对原有工艺现状的分析，结合成熟的先进技术对原有制造工艺进行了优化、改进设计。 1 研究改进装配工艺。采用与批量生产相匹配的互换法装配工艺，取代原有的调修 装配。通过分析，重新确定装配定位基准，划分合适的装配模块单元和装配工序，解算 装配尺寸链进行公差分配，设计辅助装备，实现装配作业的模块化、标准化，提升装配 质量。采用有限元分析法，对装配工艺改进前后零件内应力进行了数值模拟计算，验证 了工艺改进的效果。 2 零部件制造工艺的优化。通过对制造装备和检测手段的升级，采用数控弯管、自 动焊接、自动检测、静电喷涂等技术对制动管件工艺进行优化改进；通过c a e 软件分析 计算，对制动缸零件板材成型工艺进行优化，提高了产品质量。 3 工艺管理等方面的优化。通过工艺布局的调整，整合资源、优化流程，提高专业 化生产程度；建立配送中心，实行配送管理，改善物流管理水平；完善工艺文件，增强 指导性，推进标准化作业，提高工艺管理水平。 通过工艺优化设计，实现了互换法装配，管类零件加工、配件油漆涂装实现专业化 生产，产品质量和工艺水平得到明显提升。 关键词：空气制动系统；工艺优化；装配；零部件；装备升级 大连交通大学下程硕十学位论文 a b s t r a c t t h ea i rb r a k es y s t e mi so ft h ek e yp a r tf o rr a i l w a yf r e i g h tw a g o n f o rm a n yy e a r s ，t h e m a n u f a c t u r i n gp r o c e s si sr e l a t i v e l yb a c k w a r d ，w h i c hh a v eh a dg r e a ti m p a c to nu p g r a d i n go f t h eo v e r a l lt e c h n o l o g yl e v e lo ft h ef r e i g h tw a g o n a f f e c t i n gt h eo p e r a t i o ns a f e t yo ft h ef r e i g h t w a g o n ，a p p l i c a t i o ne f f i c i e n c yo fr o l l i n gs t o c k si sa l s ol i m i t e df o rf u r t h e ri m p r o v e m e n t t h i s p a p e rp r e s e n t so p t i m i z a t i o na n di m p r o v e dd e s i g no nt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sw i t hm a t u r e a d v a n c e dt e c h n o l o g yo nt h eb a s i so fa n a l y s i so nt h ep r e v i o u sp r o c e s ss i t u a t i o n 1 t or e s e a r c ha n di m p r o v et h e a s s e m b l yp r o c e s s t h ei n t e r c h a n g e a b l ea p p r o a c h a s s e m b l yp r o c e s s ，c o m p a t i b l ew i t ht h em a s sp r o d u c t i o n ，i su s e di nl i e uo ft h ep r e v i o u s a d j u s t m e n t r e p a i ra s s e m b l y w i t ha p p r o p r i a t ea n a l y s i s ，a s c e r t a i nt h ea s s e m b l yp o s i t i o n i n g d a t u ml i n e ，d r a wt h ep r o p e ra s s e m b l ym o d u l eu n i ta n da s s e m b l yp r o c e s s ，r e s o l v et h e a s s e m b l yd i m e n s i o nc h a i nt od i s t r i b u t et o l e r a n c e ，d e s i g na s s i s t e df a c i l i t y ，t oa c h i e v em o d u l e l i k ea s s e m b l yo p e r a t i o na n ds t a n d a r da p p r o a c hs oa st oe n h a n c et h ea s s e m b l yq u a l i t y u s i n g f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，f r o n ta n dr e a rp a r t so ft h ea s s e m b l yp r o c e s st oi m p r o v et h ei n t e r n a l s t r e s si sn u m e r i c a l l ys i m u l a t e dt ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so fp r o c e s si m p r o v e m e n t 2 o p t i m i z a t i o no fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sf o rp a r t sa n dc o m p o n e n t s m a n u f a c t u r i n g p r o c e s sf o rb r a k ep i p ei so p t i m i z e df o ri m p r o v e m e n tb ym e a n so fu p g r a d i n go fm a n u f a c t u r i n g e q u i p m e n ta n dt e s t & m e a s u r e m e n tm e t h o da n do fa p p l y i n gs p r a y t r o n ，n u m e r i c a lc o n t r o lp i p e b e n d i n g ，a u t o m a t i cw e l d i n ga n da u t o m a t i ct e s t i n ga n dm e a s u r i n g ；c a es o f t w a r ea n a l y s i s t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no ft h eb r a k ec y l i n d e rp a r t st oo p t i m i z es h e e tm e t a lf o r m i n gp r o c e s s e s ， i m p r o v ep r o d u c tq u a l i t y 3 o p t i m i z a t i o no np r o c e s sm a n a g e m e n t t oi n c r e a s es p e c i a lp r o d u c t i o nd e g r e eb y m e a n so fa d j u s t m e n to fp r o c e s sl a y o u t ，r e s o u r c ec o n f o r m i t y ，o p t i m i z i n gf l o wp r o c e s s ；t o i m p r o v el o g i s t i c sm a n a g e m e n tl e v e lb ye s t a b l i s h i n gt h ed i s t r i b u t i o nc e n t r ea n dp r o p e r d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t ；t oe n h a n c et h ep r o c e s sm a n a g e m e n tl e v e lb yi m p r o v i n gt h ep r o c e s s d o c u m e n t a t i o n ，s t r e n g t h e n i n gg u i d a n c ea n dp u s h i n gf o r w a r ds t a n d a r do p e r a t i o n t h ep r o d u c tq u a l i t ya n dp r o c e s sl e v e lh a sb e e nu p g r a d e ds i g n i f i c a n t l yb ym e a n so f p r o c e s so p t i m i z a t i o nd e s i g nt oa c h i e v et h ei n t e r c h a n g e a b l ea p p r o a c ha s s e m b l y ，s p e c i a l i z e d p r o d u c t i o no fp i p el i k ep a r t sm a c h i n i n ga n do i lp a i n t i n go nt h ep a r t sa sw e l l k e yw o r d s ：a i rb r a k es y s t e m ，p r o c e s so p t i m i z a t i o n ，a s s e m b l y ，p a r t s ，e q u i p m e n t u p g r a d i n g n 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得一太蓬塞通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名：嘲旁鸟 日期： d 7 年l z 月1 日 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整塞通太堂有关保护知识产权及保 留、使髑学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期阚论文工作的 知识产权单位属太整塞鋈态堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太羹窒亟盘堂。学校有权保留并向 冒家有关部门或机构送交论文的复印件及其电予文档，允许论文被查 潺和借阅。 本人授权太鎏塞通杰堂可t ；z 将学位论文的全部或部分内容编入 中匿科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等糖关数据库 述行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：_ 揉宏鸟 导婚签名：王摹孱 醪期：多口d 罗年，2 月j f 日日期：痧d 9 年，2 月， 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：铁道都驻齐齐哈尔机车车辆验收室电话：0 4 5 2 2 9 3 8 0 1 2 通讯地址：齐齐啥尔市中华东路l0 号邮编：1 6 10 0 2 电子信箱：q c y s h s d 1 6 3 c 0 1 t i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 铁路货车空气制动系统简介 制动系统是铁路车辆的重要组成部分，用于控制列车速度，从而实现减速或停车。 空气制动系统是以压缩空气作为动力源并用压力的变化来操纵基础制动部件的动作。 我国铁路货车全部采用空气制动系统，其发展主要经历了解放前的k 型系统、1 9 5 8 年以后的g k 型制动系统、1 9 6 5 年以后的1 0 3 型系统、1 9 8 9 以后的1 2 0 型制动系统等。 目前我国铁路货车绝大多数采用1 2 0 型空气制动系统，它主要由控制阀、制动缸、 储风缸、限压阀、脱轨制动阀、集尘器、塞门、制动管件等组成。工作原理是利用管路 中空气压力变化产生的压差，使控制阀产生动作从而联通相应的气路，控制制动缸的活 塞杆伸出或缩回，通过杠杆等带动闸瓦压紧或离开车轮踏面，从而实现制动或缓解i l j 。 1 2 国外货车制动系统发展趋势 国外铁路货车技术发展方向分为高速和重载两个方向，制动系统各有特色。 高速货车以欧洲各国为代表，列车运行速度达到1 6 0k m h ，其制动系统以空气制动 为主，基本都是采用k n o r r 公司k e 分配阀、w 6 型空重车调整装置、机械防滑器( 后期 采用电子防滑器) 等，但基础制动部件方面略有差别( 见表1 1 ) ，法国等采用踏面制 动与盘形制动混合方式，德国以盘形制动为主要发展方向。 表1 1国外高速货车基础制动方式 t a b l e1 1b a s a lb r a k i n gm e t h o do ff o r e i g nh i g h s p e e dw a n g o n 转向架型号y 3 7 a ，y 3 7 bd b6 2 5d r r s d b 6 7 5t f 2 5 s a 制造国法国德国德国英国 构造速度( k m h ) 1 4 0 1 6 01 6 01 6 01 2 0 1 6 0 盘形制动+ 单侧盘形制动+ 单 制动方式盘形制动盘形制动 踏面制动侧踏面制动 美国、南非、澳大利亚等国是铁路货车重载技术的代表，列车牵引达3 万吨以上， 编组超过2 0 0 辆。由于编组长大，对同步制动及制动反应速度要求较高，逐步发展出了 电控空气制动系统( 简称e c p ) ，利用微机系统通过电缆传递指令，直接控制副风缸向 制动缸充风或缓解，压缩空气仅是制动力产生的来源，并不作为制动指令传递的介质。 大连交通大学工程硕士学位论文 e c p 可实现全列车同步制动、缓解，可有效缩短列车的空走时间，减少制动距离”l e c p 制动系统组成及装车实例见图11 、圈1 2 。 图1 1 独立式e c p 制动系统组成示意图 f i g u r e l , 1s c h e m a t i c so f i 二d e p e n d e n t e c p b r a k es y s t e r ic o m p o n e n l s 留1 2 南非的s p o o m e t 公司有线e c p 车辆 f i g u r e1 2 c a b l e e c pc a o f s p o o m e t o f s o u t h a 3 h i c a 在产品结构方面国内高速铁路货车设计中也逐步尝试借鉴国外货车制动系统的先 进技术，但目前只是作为技术储备项目进行试制。在制动系统制造工艺方面，国内重视 程度不够，没有关注过国外的工艺状况，查找不到相关参考资料。 第一章绪论 1 3 先进制造工艺的发展 产品的制造工艺决定着产品的质量、生产效率和经济性，在市场经济影响下制造工 艺不断地发展，主要有以下几个典型阶段： ( 1 ) 刚性化生产模式 早期的机械制造典型技术有刚性自动化生产线、机群式车间、组合机床生产线等。 刚性自动化生产线在大批量生产中对提高生产率和保证产品质量方面发挥了重要作用； 机群式车间则具有较好的柔性，设备布局简单；组合机床生产线即具有一定柔性，又适 合较大批量零件的生产。 ( 2 ) 计算机辅助制造 计算机辅助制造( c a m ) 是当前先进制造技术的基础，从最初上世纪六十年代的数 控机床加工零件开始，发展十分迅速，已从机械加工行业扩展到其它的制造、检测、包 装、储运等各个行业。c a m 技术主要应用在过程监测、计算机数字控制、直接数字控 制、适应控制等方面f 4 j 。 ( 3 ) 基于c a m 技术衍生出的典型制造技术 柔性制造单元( f m c ) ，是由少量数控机床、自动化的输送、存储装置及适当的监 控装置构成的由计算机统一控制的制造单元，单元内实现柔性和自动化。 柔性制造系统( f m s ) ，是由多台数控机床与监测设备、自动化物料输送系统 构成，通过计算机集中控制信息流，实现无固定节拍和非顺序传送的自动化加工系统。 f m s 集高效、高质量、高柔性与一体，是当前最成熟的制造技术，在汽车、航空s 电器 等生产中广泛应用。例如丰田公司2 0 世纪8 0 年代f m s 己经形成较大规模，可以在一 条自动线上同时进行多种车型的随机混流生产，当时一个季度内可生产4 个基本车型 3 2 1 0 0 个型号汽车，柔性制造为日本汽车工业生产率追上并超过美国创造了条件【5 刁j 。 计算机集成制造系统( c i m s ) ，是以市场需求为输入，以产品为输出，以整体 动态优化为目标，将经营、生产和工程技术诸环节集成一体的闭环反馈大系统。层包含 了c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、c a q 等计算机辅助系统，实现数据共享。 模块化制造、并行工程、敏捷制造、精益制造、虚拟制造等技术和理念也是面 对市场需求多样化的形势下探索出的新的制造模式【8 l 。 1 4 铁路货车空气制动系统工艺借鉴方向 空气制动系统中控制阀是核心部件，其制造技术的发展相对其它零部件具有明显优 势，工艺比较先进，由眉山制动公司等4 个定点厂家专业集中生产；其余零部件一般由 整机生产厂制造并进行最终装配，这些零部件工艺及总装配工艺多年以来改进不大。 3 大连交通大学t 稗硕十学位论文 零件制造的数控化、检测技术的自动化目前在各行各业已经广泛应用；国内汽车、 地铁、铁路客车等生产企业采用模块化技术简化了总装配过程，提高装配精度；中国重 汽在汽车制动管路装配中进行了管束分装台、管路密闭测试试验台等装备的升级，提高 了工艺水平；大同机车厂推行“先油漆、后组装 的装配模式，提高了产品标准化程度， 实现了装配作业无调修、无选配，得到同行业认可1 9 1 0 】。 根据概况来看，目前空气控制系统除控制阀外，其余零部件及装配工艺比较落后， 制约了整体技术水平的提高。而上述一些企业在装配和零件制造方面的经验对铁路货车 行业的空气制动系统的工艺技术优化升级具有借鉴作用。 1 5 工艺优化的需求背景和意义 随着国民经济的快速发展，我国铁路货车技术有了很大提高，新型转向架、重载轮 对、新型钩缓装置等关键技术的应用，实现了7 0 t 级货车高效运转和8 0 t 级货车2 万吨 编组的重载运输，使我国铁路货车技术跨入了世界先进行列。相对于货车的走行等部位 在产品结构和制造技术方面的升级，空气制动系统处于落后状态，空气制动系统故障一 直是铁路运用部门重点关注问题。在当前快速、重载双重考验下，空气制动系统质量已 经成为影响铁路行车安全的重要因素，为此，铁道部主管部门下发了关于全面提升7 0 t 级铁路货车制动系统设计制造质量工作安排的通知，对货车制动系统提出了“设计标 准化，工艺规范化，制造商品化，实现零部件互换 的目标。 在空气制动系统的产品结构没有大的升级换代情况下，提高产品质量是降低列车运 行安全隐患的必行之路，而产品的制造工艺直接影响产品的质量、生产效率和制造成本， 因此研究改进空气制动系统现有的制造工艺，强化薄弱环节，提高产品质量，解决制动 系统目前存在的惯性质量问题，是确保提速货车运营安全、提升企业竞争力的迫切需求。 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司( 以下简称齐轨道装备公司) 是国内铁路货车 设计、制造的龙头企业，原有制造能力8 0 0 0 辆年，近几年新造货车平均产量约占国内 全行业的1 4 ，i 其制造工艺基本代表了行业状况，对行业内其他企业具有引领、指导作 用，因此本论文以齐轨道装备公司的货车空气制动系统工艺现状为基础进行分析和优化 改进，这对行业内其他企业工艺水平的提升同样具有示范和借鉴意义。 本章小结 本章对国内铁路货车空气制动系统构成、国外铁路货车制动系统发展方向、先进制 造工艺的发展、国内货车空气制动系统工艺发展的借鉴方向等做了概述，并介绍了制动 系统制造工艺优化、改进的需求背景和重要意义。 4 第二章装配下艺的优化 第二章装配工艺的优化 装配工作是机械类产品制造过程中的重要环节，装配质量的好坏影响着产品的使用 效果和寿命，更可能使产品达不到应有的工作性能。近些年来加工等领域发展了大量的 新工艺和新技术，相比之下装配作业依靠人工操作的比较多，在整个制造中占有的比例 也越来越大。因此，提高装配工作的水平是适应整个机械工业发展形势的重要手段。 2 1 工艺现状及优化方案 2 1 1 工艺现状分析 总装配是铁路货车空气制动系统制造中的一个薄弱环节，突出问题表现为零件无法 互换，强拉硬拽和火焰矫正情况普遍，安全隐患较大。一直以来全行业都采用零部件逐 一向车辆底架上组装的方式，在装配的最后几个接口处，由于累积误差等原因基本上都 无法顺利连接。接口偏差量在十几毫米的，基本上采用强拉硬拽的方式将工件硬性组装 到一起；偏差量更大的，采用火焰加热后将制动管塑性弯曲方法进行矫正，或者更换零 件进行调整。 调修、选配和强拉硬拽的装配工艺带来的问题很多，从企业自身来看，装配时工作 量过大，影响了总装配的效率；从用户角度来看，这样的装配工艺必然导致制动管等无 法互换，运用部门维修换件时也同样需要进行调修选配，增大了维修工作量和修理时间， 影响了车辆的运营效率；从安全角度看，强拉硬拽的组装方式，造成系统内的应力集中， 经常发生制动管路连接部位断裂等故障，造成紧急制动，给列车运行安全带来隐患。 另外制动系统装配作业基本都是在固定台位采用工序集中的原则进行装配，没有边 行详细的工艺过程划分，对工人的操作水平依赖较大，缺乏规范化管理，在生产效率、 产品质量稳定性等方面与车辆的其他部件相比差距较大。 2 1 2 优化方向 优化装配工艺主要从解决质量安全隐患和适应生产类型两方面考虑。 ( 1 ) 火焰矫正和强力组装行为是原有装配工艺的最大弊病，是给用户带来安全隐 患等和维修不便的根源，要解决此问题，必须取消不合理的组装作业行为，采用互换法 装配工艺进行生产作业，实现零部件的顺畅组装。 ( 2 ) 产品的生产类型支配着装配工作特点，根据生产类型优化制造工艺，使其与 生产类型相匹配，才能更好的在产品质量和生产效率上得到提升。根据生产类型不同， 装配工作具有如下特剧1 1 j ： 5 大连交通大学t 群硕七学1 1 ) = 论文 表2 1 各种生产类型装配工作的特点 t a b l e2 1c h a r a c t e r i s t i co fc o n s t r u et i o n dw o r ki nv a r i o u sp r o d u c t i o nt y p e s 生产类型大批大量生产成批生产单件小批量生产 采用流水装配线，还可产品笨重批量不大时采用 多采用固定装配或固 组织形势采用自动装配机或装配固定流水装配，批量较大时 线采用流水装配 定流水装配 互换法，允许少量简单主要为互换法，灵活运用少以修配法及调整法为 装配工艺方法 调整，无任何修配工作量的调整法和修配法主，互换件比较少 一般不制定详细工艺 工艺过程工艺过程划分很细工艺过程划分适当 文件，工艺灵活掌握。 专业化程度高，采用专通用设备较多，采用一定量一般为通用设备和 工艺装备 用高效工艺装备的专用工、夹具工、夹、量具 手工操作比重小，熟练手工操作比重较大，技术水 手工操作比重大，技 手工操作要求 程度容易提高平要求较高 术水平要求高 汽车、内燃机、轴承、机床、机车车辆、中小型锅重型机床、汽轮机、 应用实例 手表、电气开关等炉、矿山机械等大型内燃机等 目前国内铁路货车生产企业的年产量一般为几千辆，生产类型属于成批生产。空气 制动系统的装配作业采用的是单件小批量的生产模式，与车辆的整体生产模式不匹配， 影响着产品质量的稳定和效率的提升，需对此进行优化改进。 2 1 3 工艺优化设计步骤 按照生产类型进行工艺优化设计，需要对装配工艺的组织形式、装配工艺方法、装 配过程、工艺装备等都进行改进。这里可以按照装配工艺规程的设计步骤【1 2 l ，逐项进行 相关内容的设计。装配工艺规程设计的主要步骤是： ( 1 ) 确定装配组织形式 装配组织形式主要取决于产品的生产纲领和结构特点，分为固定式装配和移动式装 配。确定了装配组织形式，也就相应确定了工作场地的布置、运输方式等内容。 ( 2 ) 划分装配单元 从装配工艺的角度出发，应尽可能减少进入总装的零件数，以缩短装配周期。所以 应根据产品的结构特征和装配工艺特点，将产品分解为可以独立进行装配的单元。 6 第二章装配j r 艺的优化 ( 3 ) 制定装配工序 制定装配工序主要是确定装配工序分散与集中的程度，划分个装配工序顺序，确定 各工序作业内容等。 ( 4 ) 拟定装配工艺方法 主要是根据产品特点和生产类型，确定采用哪种装配工艺方法，并根据装配单元和 装配顺序，针对各尺寸链进行解算，分配组成环公差。还需要根据装配需要，确定装配 所需的工具，设计专用装备等。 ( 5 ) 绘制装配单元系统图，编制装配工艺规程文件 根据前面制定的工序和方法，绘制出总装配或部件装配的单元系统图，编制出指导 生产的工艺规程或作业指导书，用于指导生产作业。 上述各个步骤中，装配工艺方法的拟定是装配工艺优化的重点，而划分合适的装配 单元、制定合理的装配工序是实施互换法装配工艺的基础，因此下面重点介绍这三个步 骤的设计。 2 2 装配单元的划分 分析各种车型空气制动系统的结构特点，发现具有一定的相似性。目前主型铁路货 车的空气制动系统一般由控制阀、制动缸、储风缸、限压阀、测重机构、闸调器：脱轨 阀、集尘器、球阀、塞门、软管、空气管系、杠杆、拉杆吊链、紧固件等组成。这些组 成中，控制阀基本上都是采用1 2 0 阀，其他各部件外形结构类似，根据车体底部空间情 况，这些部件装配在相应位置。通过对比分析敞、棚、平、罐、漏五种类型1 0 冷型号 ( c 6 4 、c 7 0 、c 8 0 、p 6 4 、p 7 0 、n 1 7 、n x 7 0 、g 7 0 、g q 7 0 、k m 7 0 ) 的货车空气制动系 统结构布置特点可以看出，空气制动系统结构布局与车辆的底架结构有直接关系，同类 型车种其空气制动系统结构布局相近。图2 1 图2 3 示意了罐车、漏斗车和敞车的空气 制动系统结构和位置。 敞车和棚车由于底架结构类似，所以空气制动系统结构也比较相似，各重要部件的 相互位置关系基本相同，只是彼此间距等有差异。敝车和棚车是铁路货车中最主要的两 个车种，占车辆总数的7 5 以上，统计近几年铁道部采购的国铁货车，其中c 7 0 型敞车 约占7 0 ，p 7 0 型棚车占1 5 以上，所以新造货车中绝大多数都是敞、棚两种类型货车， 因此进行装配工艺分析时应以这两种车的特点为主线，重点参考c 7 0 型敝车结构特点。 7 大连蝴大学t 程硕七学位论文 图2 1 罐车空气制动系统结构圈 f i g u r e 2 1s m i c t e x a ls c h e m a t i c s o f t a n k e r a i r b r a k es y s t e m 图2 2 氟斗车空气制动系统位置图 f i g u r e 2 2l o c a t i o ns c h e m a t i c s o f h o p p e rc a ta i r b r a k es y s t e m c t 0 曩t 车琦l t 三_ 图2 3 c 7 0 型敞车空气制动系统图 f i g u r e2 3s c h e m a l i c s o f c 7 0 t y p e a i r b r a k es y s t e m 第二章装配丁艺的优化 根据敝、棚车结构特点，综合考虑各部件的相互位置关系以及其功能，将空气制动 系统划分为五个功能性模块单元：1 2 0 阀模块、制动缸模块、脱轨制动阀模块、测重机 构模块、主管模块。1 2 0 阀模块起着控制气路变化的作用；制动缸模块是制动力输出部 分；测重机构模块辅助1 2 0 阀模块对空气压力进行控制、脱轨制动阀模块起到防护作用； 主管模块是压缩空气传输的主管道。 装配单元一般可以纵向分为零件、分件、合件、组件、部件、总成、整机七个等级。 货车整体属于整机，则空气制动系统属于总成，四个模块单元属于部件。 ( 1 ) 1 2 0 阀模块 1 2 0 阀模块是空气制动系统中的核心部分，如图2 4 所示，其中包括1 2 0 型货车空 气控制阀组成、限压阀总成、集尘器组装、1 7 ) ( 1 1 升双室风缸、5 0 升风缸、d n 2 0 支管 组成、d n 2 0 弯管组成、d n 2 0 直管组成、d n 2 5 弯管组成、紧固件、密封件等。 根据敞、棚车底架结构特点分析，该模块可以作为一个装配单元先进行独立装配。 考虑原有零部件生产模式，确定1 2 0 阀模块中：1 2 0 阀、限压阀、集尘器、双室升风缸、 5 0 升风缸划分为组件，在配件生产单位完成独立装配及检验；支管组成等6 种管组划分 为合件，在制动管加工专区完成组装及检验；螺栓、螺母、垫圈、密封胶圈等零件由采 购部门进行采购供应。1 2 0 阀模块内部以1 2 0 阀法兰安装面和连接孔作为组装基准。 图2 41 2 0 阀模块三维示意图 f i g u r e2 4t h r e e - d i m e n s i o n a ls c h e m a t i c so f1 2 0v a l v em o d u l e ( 2 ) 制动缸模块 制动缸模块主要由制动缸、闸调器、2 种杠杆组成、2 种上拉杆组装、直管组成、 支管三通、控制杠杆、密封件、圆销、紧固件等组成。 9 大连交通大学工挥硕+ 学位论文 根据车辆底架结构分析，制动缸模块无法实现整体装配后再向车辆上组装，这里将 其划分为两个小的组件模块进行分组装： 制动缸、直管组成、三通组成、密封件等作为一个组件进行装配，可以固定相互位 置，其中的三通是与1 2 0 阀模块联接的接口；两组制动杠杆组成、闸瓦间隙调整器、控 制杠杆、圆销等作为另外一个组件进行装配。总装时这两个组件模块分别安装到车辆底 架上，而两个上拉杆作为分件，需要在1 2 0 阀模块组装完毕后与两个杠杆组成联接。该 模块的两个上拉杆组成是与两端手制动系统的接口。 ( 3 ) 脱轨制动模块 脱轨制动模块分为前后两套，每套中包括：2 个脱轨制动阀、1 个球阀、4 种弯管组 成、1 个三通以及若干密封件、管吊、紧固件等。 脱轨制动模块也无法实现整体装配后再向车辆上组装，对其进一步划分为两个预装 配单元：2 个去掉拉环的脱轨阀、2 种弯管组成及支管三通可以预装配成一个分件，通 过脱轨阀安装孔与车辆连接；球阀、另外2 种弯管组成可以预装配成一个分件，通过管 吊与车辆连接，其中一个弯管组成与模块内的三通相连，另一个弯管组成与制动主管相 连。 ( 4 ) 测重机构模块 测重机构模块由测重机构、4 种弯管组成、支管三通、密封件、管吊、紧固件等组 成。 测重机构模块中的弯管细长，不宜整体装配，可以分为三部分：按图将两条管路预 先装配，测重机构独立。两组管件中，带有三通的一组与1 2 0 阀模块相连通，其端头连 接限压阀，三通与双室风缸相连；另一组管件链接到1 2 0 阀模块与制动缸模块接口处的 三通件上。 ( 5 ) 主管模块 主管模块包括2 个折角塞门、2 个软管组成、弯管组成、5 种直管组成、2 种双头螺 纹管、3 个主管三通以及若干管接头、管吊、紧固件等。 主管路需要穿过车辆底架的中梁、横梁等，不能整体预装配。根据情况，可以将两 端部分构件进行分组装，各组成一组包括软管、塞门、双头螺纹管、直管组成、管接头 等件的组件单元。其余各直管、弯管、三通等件分段穿过安装孔后再进行联接组装。主 管模块用管吊与车辆底架联接固定，主管三通是与其他模块的接口，前后两端的三通与 两个脱轨制动模块相连，中间的三通与1 2 0 阀模块中集尘器外端弯管组成相连。 1 0 第二章装配工艺的优化 2 3 制定装配工序 制定装配工序，首先需选择装配基准件，基准件通常是装配单元的基体或主干件， 一般具有相对较大的体积、质量和足够的支承面。基准件在首先进入装配，然后根据单 元的具体结构，按照先下后上，先内后外，先难后易，先精密后一般，先重大后轻小的 规律确定其他零、部件的装配顺序。 空气制动系统的所有零部件都是装配到车辆底架上，所以底架是其装配的基准件， 但从其系统内部来分析，1 2 0 阀模块中的零部件数量最多、重量最大，可以作为空气制 动系统装配的基准件。 2 3 1 各模块单元分组装 首先将各模块按照划分的装配单元顺次进行组装。 1 2 0 阀模块：可以先将集尘器与两端的直管、弯管装配成一级组件单元。1 2 0 阀、限 压阀、2 种风缸利用专用工装摆放好后，依次用弯管将1 2 0 阀与风缸和限压阀联接紧固， 最后将集尘器组件连接至t 1 2 0 阀法兰面上。 其他模块可以按照划分的组件单元分别进行组件装配。 2 - 3 2 系统总体预组装 ( 1 ) 组装主管模块 将主管模块内两个组件分别从一、二位端梁的主管孔内穿入，将中间区域的两个直 管组成和一个弯管组成分别穿过中梁和横梁的主管孔，用螺栓等紧固三个主管三通，使 主管模块连接成整体。安装各主管孔附近的管吊组成，将主管模块与车体连接，并留一 定松余量以备调整。 ( 2 ) 组装测重机构模块 首先将测重机构安装到安装座上，螺栓略微紧固；其次将两组弯管用管吊悬挂在底 架上；接下来将两个组件的法兰与测重机构对准、紧固，并调整管件位置保持自由状态 无额外变形，管吊留适当松余量。 ( 3 ) 组装脱轨制动模块 一、二位的脱轨制动模块可同时进行组装。先组装带有脱轨阀的组件，脱轨阀的阀 座插入到安装座上，用螺栓略微紧固；其次安装带有球阀的组件单元，用管吊将组件悬 挂，调整位置使弯管法兰对准三通安装面，用螺栓进行紧固。管吊留适当松余量。 ( 4 ) 组装制动缸模块 先组装制动缸组件，制动缸安装面朝上，利用专用工装送至安装位置，用螺栓略微 大连交通大学t 程硕士学何论文 紧固。然后组装制动杠杆组件，将后制动杠杆穿过杠杆托及杠杆支点座，用圆销将杠杆 与支点座连接；将制动缸推杆插入到空心活塞杆中，将前制动杠杆穿过杠杆托架及制动 缸推杆的插口，用圆销将两个组件连接。再将闸调器的挡铁穿入控制杠杆，用圆销连接， 并调节闸调器长度，使前后制动杠杆位于杠杆托中间位置附件。最后将前后两个上拉杆 组成穿过托辊，用圆销将拉杆头与前后制动杠杆连接。 2 3 3 组装1 2 0 阀模块 将1 2 0 阀模块整体用专用装置运送到车辆底部并上升，将各件安装孔与各自的安装 吊座孔对准后组装螺栓、垫圈、螺母等；检查各件位置及连接螺栓情况，利用长条形安 装孔进行调节，确保各件正位；顺序紧固1 2 0 阀、限压阀、双室风缸、5 0 升储风缸等组 件的安装螺栓。紧固螺栓时按照对角次序紧固至半紧状态，然后同样顺序紧固至要求的 扭矩值。 然后组装d n 2 0 弯管的管吊，进行紧固连接：将集尘器末端的弯管法兰与主管模块 的三通紧固连接。连接前调整主管位置，避免弯管组成受力变形，该处与三通相连的弯 管是主管模块的定位基准。 2 3 4 调整并固定其他模块 ( 1 ) 调整紧固主管模块 以组合集尘器为基准向两端调整主管至合适位罱，并将两端折角塞门调整到与车体 纵向中心线成3 0 。角。依次紧固各处三通、接头等处连接，紧固各管吊组成。 ( 2 ) 调整制动缸模块 将1 2 0 阀模块中限压阀接出的弯管与制动缸尾部接出的直管通过三通进行联接，利 用安装孔与螺栓的间隙量适当调整制动缸位置。 ( 3 ) 调整脱轨制动模块 以主管模块前后两个主管三通为基准，将脱轨制动模块各组件调整到合适位置，紧 固安装螺栓及管吊组成。 ( 4 ) 组装其余管件 将测重机构模块中的两组件接e 1 分别调整连接至1 2 0 阀和限压阀的法兰安装面上， 用余下的一组弯管组成将双室风缸后端法兰和测重机构模块中的支管三通进行连接。 2 3 5 交验台位的安装调试 制动管路系统装配完毕后，将车辆迁移到交验台位，依次进行旁承间隙调整、车钩 高度调整、车钩三态作用检查、拉杆和基础制动连接、组装缓解阀拉杆、调节测重机构 1 2 第二章装配- t 艺的优化 触头、过球试验、泄漏试验、单车制动试验、闸调器性能试验、空重车调整装置单车试 验、静态闸瓦压力试验、手制动机试验、安装脱轨阀拉环、安装1 2 0 阀防盗箱、安装标 签等。 2 4 拟定装配工艺方法 2 4 1 互换法装配 装配方法通常可以归纳为：互换法、选配法、修配法、调整法四大类。互换法是用 控制零件误差来保证装配精度的装配方法，装配过程简单、生产效率高，便于组织流水 作业及自动化装配；选配法、修配法、调整法需要进行挑选、锉修、加调整件等，可以 降低对零件的精度要求，但对工人技术水平依赖较大，适用于单件小批量生产。 根据表3 1 可见铁路车辆生产适宜的装配方法是以互换法为主，零件能够互换也是铁 道部对新造主型铁路货车制动系统提出的要求。因此，确定空气制动系统装配时采用互 换法装配。 互换法的核心就是控制零件加工误差，又分为完全互换法和不完全互换法。完全互 换法装配过程简单，生产效率高，是任何生产类型应首先考虑的方法，但对于制动系统 这样组成零部件较多的情况，按完全互换法计算分配到每个零件的公差将非常小，零件 加工难度将加大许多，因此应该考虑采用不完全互换法，可以放大一些零件公差，而且 按照概率理论，在零件较多情况下基本上可以达到完全互换的效果。 2 4 2 解算装配尺寸链 在装配图上把对某项精度指标有关的零件尺寸相互连接，构成封闭的尺寸组，就称 为装配尺寸链。装配尺寸链中精度指标常作为封闭环。计算尺寸链的基本原则： ( 1 ) 极大极小值法 极值法是按照各尺寸极限情况进行计算的，根据尺寸链封闭性，封闭环的基本尺寸 等于组成环基本尺寸代数和，封闭环公差等于各组成环公差之和。相关算式如下： 彳。= 黔一每 ( 2 1 ) e s ( a 。) ；醪( 五) 一日佤) ( 2 2 ) 日似。) ；三日臼i , , m 4 - 1 - , e s o t ) ( 2 3 ) 1 3 大连交通大学t 程硕十学位论文 丁( 彳。) 2 荟丁( 加；娶以) ( 2 4 ) 其中：a o 、五、五封闭环、增环、减环的基本尺寸； e s ( a o ) 、e s 臼；) 、e s ( 2 ；) 尺寸气、互、五的上偏差； 彤口。) 、日口；) 、日臼；) 尺寸厶、互、五的下偏差； z o 。) 、z 似；) 、丁似；) 尺寸4 、a ；、a ；的公差； 所增环数； 即囟括封闭环在内的总环数。 注：后面相同代号意义相同。 ( 2 ) 概率法 采用概率计算法时，根据概率理论，可以得到组成环与封闭环之间的均方根误差关 系式： e ：广一 毗) = 善刚i ) 2 ( 2 5 ) 式中： o ( a 0 ) 封闭环均方根误差； 仃) 组成环均方根误差。 对于正态分布，其偶然误差即尺寸分散带与均方根偏差o r 间的关系式可以取 为= 6 0 ，从而各组成环的尺寸分散带为( 4 ) ；6 0 ) ，封闭环尺寸分散带为 ( a ) = 6 0 似o ) 。当取z ( 4 ) ；( 4 ) 和丁( a ) = o 。) 时，根据上式可得： e 了一 丁( a o ) 荟t ( a i ) 2 ( 2 6 ) 对于组成环公差非正态分布情况，其封闭环的分布也是非正态的。需引入修正 系数，其公差关系式如下： 刑加丢厣石 7 ) 式中：k 。、k 封闭环和组成环的“相对分布系数”。 当组成环数目较多( 多于五个) 时，封闭环公差接近正态分布，取k o = 1 。 1 4 第二章装配t 艺的优化 为了简化计算，对非正态分布尺寸链可以用“公差带中点坐标法 ：在封闭环基本 尺寸为组成环基本尺寸的代数和的前提下求出各组成环公差带中点相对于基本尺寸的 坐标： a ( 彳i ) = 去【酣( 彳i ) + e ( 彳i ) 】 ( 2 8 ) 则封闭环公差带中点相对于基本尺寸的坐标和上下偏差按下式求出： ( a ) 2 善臼；) 一i = m + l 臼t ) ( 2 9 ) e s ( 么o ) = ( 么o ) + 去r ( 彳o ) ( 2 1 0 ) e i ( 彳o ) = a ( 么o ) - 二，t ( 彳o ) ( 2 1 1 ) 式中：a ( a ) 、臼；) 、臼；) 封闭环、增环、减环公差带中点相对于基本尺 寸的坐标。 ( 3 ) 公差分配 设计中经常要根据给定的封闭环公差，决定各组成环的公差，通常有三种分配方式： 按等公差值原则分配，即将组成环公差均分，计算简便；按等公差级的原则分配，即各 组成环的公差根据基本尺寸大小按比例分配；根据经验，按照具体情况来分配组成环公 差。三种公差分配方法最后往往都要做适当调整。 按照等公差值分配原则，各组成环的平均公差符合下列公式： k 妇：r ( a o ) ( 2 1 2 ) 平均2i 了 u 碑均= 筹；鲁弛) ( 2 1 3 ) 公式( 2 1 2 ) 适用于极值法，公式( 2 1 3 ) 适用于概率法。 生产中还经常采用一种“相依尺寸公差法 ，它是将一些较难加工的组成环公差预 先确