邊坡清篩機(jī)電線電纜防護(hù)管路國(guó)產(chǎn)化

王春梅，陳春山

（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司，北京100072）

BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機(jī)系我公司引進(jìn)美國(guó)LORAM公司的一種大型鐵路工程機(jī)械養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品，隨著邊坡清篩機(jī)設(shè)備的引進(jìn)，產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化日顯重要，電線電纜防護(hù)管路的國(guó)產(chǎn)化遇到了一些問(wèn)題。國(guó)內(nèi)的美標(biāo)防護(hù)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(jī)用防護(hù)管所有型號(hào)的需求總量不到1 T，單一規(guī)格更無(wú)法達(dá)到最小起訂量要求。電線電纜防護(hù)管路國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題亟待解決。

本文主要對(duì)電線電纜防護(hù)管路的國(guó)產(chǎn)化，從以下幾方面展開(kāi)研究：首先研究引進(jìn)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(guó)產(chǎn)化后的質(zhì)量；再次對(duì)準(zhǔn)備應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品心中有數(shù)，與進(jìn)口鋼管進(jìn)行比對(duì)；最后將國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品裝車(chē)驗(yàn)證。

1 原產(chǎn)品的性能參數(shù)

BS-1200(sbcHP3)型邊坡清篩機(jī)全車(chē)的電線電纜需要布置在一套預(yù)制好的管路中，這套預(yù)制管路能夠?qū)﹄娋€電纜起到保護(hù)作用，防止電線電纜破損。美國(guó)LORAM公司的邊坡清篩機(jī)電線電纜防護(hù)管路采用美標(biāo)EMT（electrical-metallic tubing）薄壁鋼管。美標(biāo)EMT薄壁鋼管參數(shù)，如表1所列。

表1 EMT管參數(shù)

EMT管的應(yīng)用存在以下問(wèn)題：

（1）EMT管原材料需要專門(mén)由國(guó)外進(jìn)口，成本高昂，不利于控制整車(chē)成本。

（2）EMT薄壁鋼管壁厚非常薄，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)的折彎設(shè)備，需購(gòu)買(mǎi)國(guó)外專用折彎設(shè)備加工制作，造成設(shè)備成本上升。

（3）EMT薄壁鋼管采購(gòu)周期長(zhǎng)，一般需要15~18周，受制于國(guó)外供應(yīng)商，不利于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)組織管理，不利于提高生產(chǎn)效率。

2 失效形式

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(yīng)力的作用而減薄,內(nèi)側(cè)管壁受壓應(yīng)力的作用而增厚，當(dāng)受壓應(yīng)力達(dá)到臨界壓應(yīng)力時(shí)，由于微小擾動(dòng)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(guò)程中常見(jiàn)的壓縮失穩(wěn)變形。美標(biāo)EMT管的壁厚非常薄，現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)折彎設(shè)備無(wú)法完成對(duì)EMT管的折彎，用國(guó)產(chǎn)折彎設(shè)備對(duì)EMT管折彎，折彎角度超過(guò)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(guò)程中發(fā)生失穩(wěn)變形，不僅會(huì)浪費(fèi)大量的管材，造成生產(chǎn)成本的提高和生產(chǎn)周期的延長(zhǎng)，更為重要的是管內(nèi)壁的拉傷會(huì)給電線電纜管路防護(hù)系統(tǒng)的可靠性和安全性帶來(lái)致命的隱患。如何快捷有效地解決美標(biāo)EMT管折彎并將成本控制在最小狀態(tài)，EMT管的國(guó)產(chǎn)化亟待解決。

3 產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化

3.1 國(guó)產(chǎn)化原則

（1）內(nèi)徑相當(dāng)，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(biāo)TB/T 3153要求。

（2）壁厚適中，保證現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備可以完成對(duì)新型管路的折彎加工，加工過(guò)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(jī)車(chē)布局緊湊，內(nèi)部組裝空間有限，鋼管外徑選型如果過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)與其它系統(tǒng)發(fā)生干涉的問(wèn)題。

（4）內(nèi)壁平整光滑，新型管材內(nèi)壁應(yīng)平整光滑，避免在布線過(guò)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。

3.2 方案對(duì)比

電線電纜管路防護(hù)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，分別從軟管防護(hù)及國(guó)內(nèi)鋼管防護(hù)兩個(gè)方面進(jìn)行了論證闡述。

（1）軟管防護(hù)：選用英國(guó)Adaptaflex公司的軟管及接頭產(chǎn)品對(duì)EMT管進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究，該產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)可達(dá)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(wú)鹵、自熄。從各方面參數(shù)考慮，該產(chǎn)品無(wú)論從性能參數(shù)還是IP等級(jí)都表現(xiàn)優(yōu)秀。

邊坡清篩機(jī)工作條件惡劣，作業(yè)工況振動(dòng)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(jī)車(chē)正常運(yùn)用，存在安全隱患。

（2）國(guó)產(chǎn)化鋼管防護(hù)：受安裝空間限制，選用與美標(biāo)EMT管相近的鋼管，國(guó)產(chǎn)鋼管壁厚，現(xiàn)有折彎設(shè)備可對(duì)其進(jìn)行折彎；防護(hù)性與原EMT管達(dá)到同等水平，耐磨性和耐腐蝕性高，抗撞擊能力強(qiáng)，使用壽命達(dá)10年以上；安裝空間小，符合邊坡清篩機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊的要求；成本費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美標(biāo)EMT管，降低了整車(chē)的制造成本；采購(gòu)周期短，為EMT管的國(guó)產(chǎn)化提供了便利條件。

由于鍍鋅鋼管管壁厚，與美標(biāo)EMT管連接的EMT接頭也要隨之改變，而接頭類(lèi)產(chǎn)品與美標(biāo)過(guò)線體相匹配的國(guó)標(biāo)件起訂量要求高，訂購(gòu)周期長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)化方案實(shí)施過(guò)程中需要對(duì)連接部位確立匹配方案。

國(guó)產(chǎn)化鋼管無(wú)論在性能上、功能上還是安裝空間上都滿足邊坡清篩機(jī)的線纜防護(hù)要求，為后期機(jī)務(wù)段的維護(hù)檢修提供了最佳途徑，更能以最快的速度解決現(xiàn)場(chǎng)組裝問(wèn)題，保證整車(chē)生產(chǎn)進(jìn)度，具有極大的優(yōu)勢(shì)，只是需要在接頭配合上多下功夫，尋找快捷可靠的過(guò)渡方法。

3.3 與美標(biāo)EMT鋼管比對(duì)

（1）對(duì)比選型：

美標(biāo)EMT薄壁鋼管滿足該項(xiàng)技術(shù)要求的優(yōu)勢(shì)就在于其管壁薄，管內(nèi)空間大。

對(duì)國(guó)內(nèi)鋼管市場(chǎng)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(duì)（外徑×壁厚）

由表2可見(jiàn)，美標(biāo)EMT管外徑D1=23.42mm，內(nèi)徑D2=20.94mm，無(wú)縫鋼管25×2.5的內(nèi)徑為20mm，比美標(biāo)EMT管內(nèi)徑小，27×2的內(nèi)徑為23mm滿足條件，但對(duì)此管材進(jìn)行外徑加工時(shí)，其外徑需保證與美標(biāo)EMT管外徑相同，對(duì)27×2無(wú)縫鋼管加工后壁厚t =（EMT管外徑-無(wú)縫鋼管內(nèi)徑）=（23.42-23）/2=0.21mm，太薄，安裝強(qiáng)度無(wú)法滿足要求；焊接鋼管自不必說(shuō)，兩種近似選型都無(wú)法滿足美標(biāo)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(biāo)3/4″EMT管壁厚為1.24mm，兩者基本相當(dāng)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定選用熱鍍鋅鋼管作為國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，其與美標(biāo)EMT管的參數(shù)對(duì)比如表3。

表3 美標(biāo)EMT管的參數(shù)對(duì)比

（2）端頭加工及折彎

美標(biāo)EMT管兩端的連接方案為通過(guò)美標(biāo)EMT專用卡箍（CONDUITEMTCONN INSULATEDCOMPRESSION） 與美標(biāo)EMT鋼管卡緊后再與過(guò)線盒（CONDUITOUTLET）直接相連。由于采用國(guó)標(biāo)鍍鋅鋼管外徑大于EMT管，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)國(guó)標(biāo)鋼管與美標(biāo)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(duì)鋼管端頭部位進(jìn)行加工。

國(guó)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(guò)程最簡(jiǎn)單，但由于邊坡清篩機(jī)工作過(guò)程中振動(dòng)劇烈，且國(guó)標(biāo)鍍鋅鋼管壁厚仍相對(duì)較薄，鋼管端頭加工外螺紋后連接處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，極易造成連接處斷裂，此加工手段不可取。

將國(guó)產(chǎn)化鋼管端頭外徑加工成與美標(biāo)EMT管外徑相同，加工面采取圓弧過(guò)度，減小應(yīng)力集中，再用美標(biāo)卡箍與之緊固后再與過(guò)線盒連接。加工過(guò)程相對(duì)繁瑣，能保證國(guó)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(guò)程中圓弧過(guò)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(duì)各種規(guī)格的鍍鋅鋼管進(jìn)行30°、60°和90°折彎試驗(yàn)，折彎效果良好，沒(méi)有出現(xiàn)褶皺、開(kāi)裂現(xiàn)象，折彎處過(guò)渡平滑。

4 管路預(yù)制配裝

在邊坡清篩機(jī)國(guó)產(chǎn)化試制中，采用本技術(shù)方案的電線電纜管路防護(hù)系統(tǒng)得到實(shí)際應(yīng)用，管路預(yù)制實(shí)施流程如圖3所示。

圖3 配裝流程

4.1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

鑒于組裝空間要求，圖4中長(zhǎng)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(guò)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(shè)備順利連接。

圖4 圖紙

在機(jī)床上根據(jù)實(shí)際情況邊折彎邊計(jì)算長(zhǎng)度尺寸，完成δ 折彎后，預(yù)留出輪模與夾模所需的最短距離d，連續(xù)兩次對(duì)α 角度進(jìn)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

4.2 國(guó)產(chǎn)化鋼管端頭處理

國(guó)產(chǎn)化鋼管端頭處理按圖2及表4執(zhí)行。

4.3 裝車(chē)驗(yàn)證

完成折彎及端頭加工后，將國(guó)產(chǎn)化鋼管現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)（如圖6），經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，外觀美觀，折彎圓滑，無(wú)失穩(wěn)變形，與美標(biāo)EMT管接頭的銜接緊密，達(dá)到了預(yù)期國(guó)產(chǎn)化鋼管的組裝效果。通過(guò)實(shí)際運(yùn)用驗(yàn)證表明，在功能上和防護(hù)等級(jí)上與美標(biāo)EMT管相當(dāng)，耐磨性、耐腐蝕性高，抗撞擊能力更強(qiáng)。

圖6 裝車(chē)效果

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)化鋼管電磁兼容性更好。在進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了所有的干擾途徑（包括輻射、感應(yīng)、傳導(dǎo)以及靜電放電等），通過(guò)更厚壁厚的鋼管屏蔽，隔離了干擾信號(hào)對(duì)信號(hào)線纜的干擾，有效地保證了機(jī)車(chē)成功的抵制各種不同運(yùn)行區(qū)域，不同電磁干擾源所造成的干擾。

國(guó)產(chǎn)化鋼管利用公司現(xiàn)有折彎設(shè)備即可完成鋼管折彎，節(jié)約了設(shè)備采購(gòu)成本，提高了整車(chē)的國(guó)產(chǎn)化率，方便客戶運(yùn)用維修，降低了制造和維修成本。

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