城轨工程车产品模块化设计应用

城轨工程车产品模块化设计应用

陈劲松,郑宇楠

福州地铁集团有限公司运营事业部，福建福州350001

摘要：近年来，我国的城轨工程建设有了很大进展，在城轨工程中，车产品的模块化设计工作也越来越受到重视。为提高城轨工程车设计效率，提出根据现有实例车型、基于现有产品经验和知识的集合，建立城轨工程车产品模块化设计平台，利用模块化设计理念，进行城轨工程车的设计，并成功应用于隧道清洗车的模块化设计。本文首先分析模块化设计理念，其次探讨模块化设计中存在的问题，最后就城轨工程车产品模块化设计应用进行研究，以供参考。

关键词：模块化设计；机械设计；应用

引言

自动化生产已经是当前生产发展的主要模式之一，电气控制作为其中的核心关键，必须要得到重视，相应的设计手段、控制方法都需要得到进一步的讨论分析。模块化设计作为电气控制中一种较为常见的设计手段，能够让电气控制质量、效率得到大幅度提高，切实保证生产效率，满足机械设备等不同生产系统的发展需求。

1模块化设计的概念

模块化设计是在标准化、规范化基础上发展建立起来的，其思想从古至今就一直存在，应用于生活中的各个领域，目前没有统一的定义。随着产品设计方法和设计工具的发展而慢慢的流行起来，如今已经成为提高企业设计效率最重要的设计方法。本文认为模块化设计是指对一系列产品或相似产品进行标准化、规范化、模块化分析，通过将常用且功能结构相似的零部件细分成功能单元模块，再对各模块名称、模型结构、相关属性进行优化，最后集中管理实现共享。当接到设计任务时，通过快速的调用这些模块组装成满足客户个性化需求的产品。其中对产品进行分解和组合的整个过程称为产品的模块化。

2模块化设计中存在的问题

模块化设计涉及了多重领域知识，而部分操作专业知识上存在欠缺，缺乏有效的数据意识，不利于机电一体化的长期发展。模块化设计是工业生产的必然趋势，模块化设计集成系统前期投入较高，需要大量底层信息的支持，部分企业缺乏有力的研发部门，本身对模块化设计认识不清，不重视智能控制技术，内部缺乏有效的数据管理机制，日常作业系统混乱。模块化设计对软件和硬件的要求较高，在实际生产过程中各个工序之间的协调性较差，控制技术数据的集成性较差，采集效率和准确度欠佳，缺乏完整的数据管理标准。此外，在数据分析过程中难免会出现差异，图像、文本存储在不同的载体内，在调用过程中可能出现不兼容，给后续的统筹管理带来了巨大的风险。

3城轨工程车模块化设计平台的建立

基于现有城轨工程车产品的设计集合，一级组成模块可以分为底架组成、转向架、制动装置、底架附属件、车钩缓冲装置、以及城轨工程车各个车型不同的功能模块等。各个车型的功能模块，主要是实现各种城轨工程车产品主要功能的模块，比如轨道平板吊车主要包括起重机、电气系统/液压系统等模块；接触网放线车包括固定作业平台、放线装置、电气系统、液压系统等模块；网轨检测车包括轨道检测系统、接触网检测系统、限界检测系统等模块；综合检测车包括电气及控制系统、轨道检测和限界检测系统、司机室和检测室等模块；隧道吸污车还包括清洗系统、电气系统等模块等。对于一级模块，基于结构通用性等，将一级模块细化到二级模块，比如底架组成模块一般可以分为端梁组成模块、中梁组成模块、侧梁组成模块、枕梁组成模块、大横梁组成模块、横梁组成模块等二级组成模块。每一个二级模块可再根据需要细化到三级模块。

4城轨工程车产品模块化设计应用

4.1模块选用原则

根据配置要求、性能参数、尺寸参数要求等选择相应的模块。隧道清洗车一级组成模块包括底架组成、转向架、制动装置、底架附属件、车钩缓冲装置、清洗系统、电气系统等。在满足要求的前提下，在模块的层次性上，优先选用模块化设计平台中层级较高的模块，若已有模块不能满足设计要求，再进行新设计模块。

4.2在电气控制系统中采用模块化结构

可以简化整体的结构，大大缩短了设计周期。通过对标准化的模块化进行界定，避免了从零起步，有效减少了设计的困难，从而减少了因工程难度而带来的设计费用。从过往的实践经验来看，整个电气控制电路的结构都是由不同模块组成，而这些模块的设计和安排，则是建立在多个工程项目经验之上，在反复的实践累积中形成的，不仅稳定度很高，在实际应用中，最大程度确保了生产的稳定，从而使自动化流水线的电气控制的品质得以改善。但在实际设计过程中，应采用通用的牌子的电气控制器，既可以减少成本，也可以为日后的升级改造留出空间。

4.3预测、模糊控制技术

预测控制技术以数据为基础，以时间为核心，通过对大量数据的控制能够形成更加精准的智能化、模块化控制模型。通过实时监控、精确细分，明确机械设备在工作过程中存在的各种隐藏问题，实现提前检修，确保整体设备运行的稳定性与安全性。当下，电子机械电子工程技术不断发展，管理人员要合理通过模糊控制系统，实现对生产环境进行合理控制，简化生产作业的流程，优化目标的工作节点，应用模糊控制技术后，可以高效地收集、分析和处理数据，通过对不同技术的合理搭配，实现技术之间的优势互补，提高整体工作的自动化水平，确保整体工作顺利开展。

4.4清洗系统、电气系统模块

一级组成模块清洗系统可分为水罐模块、水泵系统、断面清洗系统、轨基及道床清洗系统、特定位置清洗系统等五个二级组成模块。水罐模块的主要功能是储水，水泵系统主要是为清洗系统提供高压水，断面清洗系统主要用来清洗隧道壁，轨基及道床清洗系统主要用来清洗轨基和道床，特定位置清洗系统是采用手持喷枪清洗边缘死角。一级组成模块电气系统包括柴油发电机组、电动机、控制装置、仪表显示、故障报警灯、照明系统等二级组成模块。

4.5试验

由于车辆底架组成的承载结构中梁、侧梁、枕梁、大横梁等都是现有的成熟的模块，原有的车体进行了各种工况的静强度和刚度有限元分析计算，且原有产品已经在轨道交通项目中运用多年，因此有限元计算和试验可以豁免。隧道清洗车设计、生产完成后对车辆进行称重检查、限界检查、静态闸瓦压力试验、单车试验、车钩三态作用检查等试验，车辆满足要求。隧道清洗车的功能主要是采用高压水实现对钢轨、轨基、道床及隧道壁的冲洗，从而保证地铁环境的清洁及行车的安全，可运行于轨道交通地面、地下区间、车站、车辆段场内等处。对隧道清洗车进行毛刷系统功能试验、供水和喷洒系统功能试验、淋雨试验等，结果表明试验效果良好。

4.6制动装置、底架附属件模块

制动装置配置，根据要求选择120阀、NSW或NSW-I型手制动机等配置，在模块化设计平台现有的制动装置模块中选取与底架组成模块等接口相匹配的制动装置模块。制动管路的布置及相应吊座的位置根据本次车上设备、车下设备的布置方案进行适当调整，对制动装置可以在原有模块的方案基础上进行局部更改。底架附属件的作用是将制动装置固定在底架组成上，底架附属件的设计和制动装置、底架组成匹配。各个模块已经基本确定，自重理论值、工况等和之前的车辆一致，制动计算等无需重新计算。

结语

模块化设计在机电范围广泛，模块化、数据化、智能化是整个行业发展的必然趋势，因此管理人员应该合理利用智能控制系统，明确在作业过程中存在的问题，合理选择系统开发平台与数据库平台，满足市场的多样化要求。

参考文献

[1]康永玲.标准化的掘进机电气控制保护单元的设计[J].煤矿机械,2018,39(02):13-15.

[2]柳燕飞.基于模块化设计的电气控制设计技巧分析[J].新型工业化,2022,12(06):87-90.

[3]谭敬晃,王厚英,张清辰.基于模块化的PLC电气控制主线路设计[J].装备制造技术,2021(10):135-136+149.