机车空调安装座的优化设计

摘 要 本章对传统的机车空调安装座的结构、制造工艺以及成本进行了分析，并进行了强度计算，从而更合理设计出机车空调安装座。

关键词 机车空调安装座 分析 优化设计

中图分类号：U264 文献标识码：A

The Optimal Design of Locomotive Air Conditioning Installation Seat

JIANG Lei, TANG Hong

(CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd, Zhuzhou, Hunan 412001)

Abstract This paper analyzed installation seat structure of the traditional locomotive air conditioning, manufacturing process and cost, and the strength calculation, and thus more rational design of the locomotive air conditioning installation.

Key words locomotive air conditioner installation seat; analysis; optimal design

0 引言

“精益研发的核心是持续不断提高产品品质，降低产品成本”，传统机车空调安装座（如图1所示）的制造流程冗余，经过分析，部分流程可以优化，从而降低成本；还有它的结构设计柔性差，给工艺人员带来诸多不便，其实这个可以通过改进结构设计来优化，200km/h六轴客运机车就是采用改进后的空调安装座（如图2所示），它的经济性和柔性都有明显的提高，而且其强度也远远满足要求。

图1 改进前的空调安装座图 2 改进后的空调安装座

1 经济性分析

机车空调安装座的成本由以下几个部分组成：（1）材料费；（2）标准件费用；（3）工序加工费；（4）包装费；（5）运输费；（6）管理费用。其中包装费、运输费、管理费用对于上述两种形式的空调安装座基本相同，也不涉及到标准件，所以我们只要比较材料费和工序加工费就知道那种空调安装座的设计更经济。

改进前和改进后的空调安装座材质都是Q235A,他们的重量分别是6.8696 kg/台和8.882kg/台，4mm厚度的Q235A板材市场价为4.5元/kg，考虑到下料时都会产生废料，所以这两种空调安装座都是以5kg为单位下料，他们的材料费就同为45元/台。

机车空调安装座工序加工费=设备折旧费+人工费用+辅助材料费用，这是按照其成本构成来分类；按照其步骤可分下料切割、折弯、焊接这三个主要费用。

经计算，改进的后空调安装座成本为：156.35元/台，改进前的空调安装座成本为115元/台，改进后的空调安装座成本每台下降45.1元/元，成本下降了近30%，不仅如此，加工周期也从174个工时/台缩短到104个工时/台，加工效率提高了30%多。

2 柔性分析

改进前的空调安装座结构设计柔性差，右空调安装座焊接位置不仅有PB位置（水平位置）的角焊缝，还有PF位置（立上向上）的焊接，PF位置（立上向上）的焊接特点是焊接难度大，对焊工的焊接技巧要求高，焊后缺陷出现的概率高，给工艺人员和焊接工人带来诸多不便；而且下料程序繁杂，安装位置发生变化时，那么它结构设计改动较大，增加下料工时。改进后的空调安装座结构设计柔性好，它的焊接位置都是PB位置（水平位置）的角焊缝，操作简单，焊接质量容易保证；左右调安装座结构设计是的是一样的， 而且都是规则的折弯板和筋板，下料程序简单，工人操作方便。

另外，当安装位置发生变化时，或当空调安装座承载的重量增加时，它可以保证在不增加焊接难度以及下料成本的前提下，可以适当调整折弯板上表面的面积来满足要求，对切割、折弯和焊接等工艺基本没有影响，操作简单，实用性强。

3 有限元模型和强度计算

根据200KM六轴7200KM客运交流传动电力机车车体设计要求和DIN EN12663《铁路应用 ― 铁路车辆车体结构的强度要求》标准对机车空调安装座进行极限载荷工况强度校核，要求安装座能够同时承受相当于纵向g、横向g、垂向3g（包括重力）的载荷惯性的冲击力，g为重力加速度。按照标准（UIC566客车车体及其零部件的载荷）对安装座进行常态载荷工况强度校核，分析安装座在承受相当于纵向.25g、横向.2g、垂向.3g（不包括重力）的载荷惯性力时的受力情况。在极限载荷作用下，母材区域的许用应力为材料的屈服强度 S，焊缝区域的许用应力为 S/1.1；常态载荷工况作用下，母材区域的许用应力为 S /1.5，焊缝区域的许用应力为 S/1.65，母材为Q235A，屈服强度为235MPa。结构在ANSYS12.1有限元软件平台上进行有限元建模，实施结构强度分析，如图3，对中心刚性点加载。

安装座共有四种极限载荷工况：垂向3g，纵向g、横向g，由于结构和加载情况都是对称的，所以四种工况结果也是对称的，图4为垂向3g、纵向5g、横向1g工况下的应力云图，如图4最大Von-Mises应力为114.309MPa（母材区域），安全系数为2.056，满足要求。

图3 刚性点加载 图4 应力云图

安装座共有6种常态载荷工况，纵向.25g，横向.2g，垂向1.3g和0.7g。

从表1可以看出安装座的6种常态载荷工况均通过校核。

表1 常态载荷工况分析表

4 结束语

通过从经济性、柔性和强度对结构改进前后的空调安装座对比分析，得到如下结论：在强度都满足工况要求的情况下，结构改进后的空调安装座成本下降了近30%，加工效率也提高了30%多，而且它的焊接位置更佳，易保证焊接质量。

参考文献

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