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1、动车组撒砂装置吊装结构优化1、引言国内高速动车组的制动仍以粘着制动为主， 而对于粘着制动 而言，在制动过程中会不可避免的带来车轮滑行的问题。 随着车 辆速度的提高，轮轨间的粘着系数降低，车轮滑行几率增大。为 改善恶劣轨面粘着状态， 可通过撒砂装置有效改善轮轨接触面的 工作环境，改善粘着系数，提高动车组运行品质。在动车组中，撒砂喷嘴设置在距离轨面70cm左右高度内，砂箱焊接在车体上或者吊挂在车体上。 来自砂箱的砂子通过软管 引到转向架喷嘴处。 撒砂喷嘴处设有加热棒。 此段软管及加热线 缆通过钢丝绳及套环等部件连接。 因此连接属于柔性结构， 且在 列车运行过程中，受气流冲击影响，套环部位会发生磨损
2、，如果 磨损严重导致套环断裂脱落将给列车运营带来严重的安全隐患。2、优化前结构 撒砂装置主要由砂箱、喷砂管、加热线缆、撒砂喷嘴、固定 卡等组成。 砂箱吊挂或焊接在车体上，撒砂喷嘴固定在转向架距离轨面70cm左右高度内。砂子通过喷砂软管引到喷砂嘴处，喷 砂嘴处设有加热棒， 加热线缆需从车体底架引到喷砂嘴处。 喷砂 管及加热线缆用柔性钢丝绳、支架及管卡等固定。2.1 具体固定方式固定喷砂管及线缆是通过钢丝绳、 管卡及套环一系列紧固装 置实现。 钢丝绳下端通过支架连接需要吊装的物体， 上端吊装在 支架上，为避免直接磨蹭钢丝绳，采用套环与支架相连，通过钢 丝绳夹将钢丝绳套在套环上，以保护钢丝绳。安装过
3、程中，可以 根据实际需要调整钢丝绳的长度。具体固定方式如下图所示。图1 现有吊装结构及磨损图2.2 现有固定方式存在问题 用于吊装撒砂管保护钢丝绳的套环磨损严重， 磨损情况如图 1 所示。由于撒砂装置安装于车下转向架区域，套环断裂脱落将 给列车运营带来严重的安全隐患。2.3 套环磨损原因砂箱固定于车体底架， 喷砂嘴需要固定在转向架构架上， 由 于空间有限，高度落差大，并且转向架与车体之间有相对运动， 无法采用刚性连接的结构， 砂箱与喷砂嘴、 加热电缆之间的连接 采用了钢丝绳柔性吊装连接方式， 因此易受到气流、 振动冲击的 影响。当撒砂部件受到气流及振动冲击的作用下， 导致固定喷砂 管及加热线缆
4、的支架及管卡一起运动， 而保护钢丝绳套环运动存 在滞后性，支架和套环发生了相对运动，造成了磨损的发生。3、冲突解决理论分析 车辆运行中的振动及侧向气流充气作用下， 钢丝绳吊装结构 存在摆幅的情况下， 若想套环不发生磨损， 需要提高套环与支架 的接触面积，减小两个部件之间的接触应力，提高部件强度，此 时面临的问题是部件重量增加， 在喷砂管与线缆存在运动时， 部 件外部轮廓变得复杂，可制造性变差。 技术冲突：为了降低套环磨损，需减小接触应力，提高部件 强度，这将导致系统的重量增加，可制造性提高。由此确定标准 工程参数为：1）希望改进的特性：运动物体的面积（ No.5 ）、应力或压 力（ No.11
5、）；2）恶化的特性：静止物体的重量（No.2）、形状（No.12）、 可制造性（ No.32）。由冲突矩阵可查出发明原理如下表 1 所示。表 1 系统发明原理 根据系统的具体特点：选用的发明原理如表 2所示。表 2 发明原理通过查冲突矩阵，选择 40条发明原理中的 No.5 合并、 No.24 中介物和 No.35 参数变化三条发明原理。它们的含义是： No.5 合并：在空间上将相似的物体连接在一起， 使其完成并行的操作。 No.24 中介物：使用中介物传递某一物体或某一种中间过程。No.35 参数变化：改变套环热处理温度等参数，提高套环物理特 性。方案一： 考虑套环与支架存在磨损， 采用将套
6、环与支架合并 为一个部件，去除磨损源。方案二：增加中介物，此中介物连接套环与支架，具有足够 的强度，避免套环与支架直接连接。方案三：改变套环尺寸，调整套环热处理工艺，改变热处理 温度，提高支撑管抗磨强度。通过评价，考虑方案的成本、实现的难易程度、可靠性以及 可操作性， 最终选用方案二作为现有运营车辆的改制方案， 此种 方案实施快捷。4、方案实施增加中介物吊环螺母实现套环与支架的连接， 将吊环螺母固 定于支架上， 套环与吊环螺母的吊环连接， 避免出现锋利边缘切 割套环的情况。 此种方案的选用的中介物吊环螺母为标准件， 易 实施，材质强度高，各种工况下性能稳定，方案可行。具体结构 如下图所示。图2 改进后方案5、结论此新型改制方案操作方便， 经过运营考核， 更换周期与原有 结构相比延长了 4 倍，大大降低了寿命周期成本， 降低了材料成 本以及更换需用的人工成本，解决了此技术系统存在的问题。