论文部分内容阅读
[摘要]文章针对HXD1B型机车司机室操纵台的整体结构与造型设计，从实际工艺制作方面进行分析，并提出有效的结构优化解决方案。
[关键词]HXD1B型机车；司机室操纵台；结构优化
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0005-01
0 引言
随着铁路装备现代化的不断推进，我厂相继经历了SS3b、SS4b、SS4改、DJ4型等机车司机操纵台的相关设计与工艺制作，从中可以感受到机车司机操纵台造型设计的不断变迁与创新。而此次HXD1B型机车司机操纵台的设计，在以往机车司机操纵台的基础上增加了新颖、美观等设计风格，但由于此新型机车司机操纵台的开发与应用时间相对较短，因此在产品的生产制造过程中，容易出现面板之间缝隙不均、仪表座变形较大、操纵台夹层骨架焊接困难等问题。针对这些问题，从实际工艺制作方面进行分析，提出有效的结构优化解决方案。
1 问题描述
HXD1B型机车司机操纵台的主要结构部件如图1所示：①台面板1、②台面板2、③操纵台夹层骨架、④台面板3、⑤仪表座、⑥台面板4。
以上6大部件通过紧固件连接。以操纵台夹层骨架基础，中间采用防寒耐油橡胶板加以衬垫，上面依次安装仪表座与各台面板。按照原本设计意图，在生产试制过程中，有以下几处方面无法达到设计要求：
（1）操纵台夹层骨架焊接尺寸难以保证。操纵台夹层骨架由底板与各仪表座支撑梁焊接完成，保证仪表座支撑梁与底板的相对位置及尺寸，是保证后续操纵台组装工序顺利进行的关键一步。图示中有两种仪表座支撑梁为不规则形状，在此情况下，要避免使仪表座支撑梁与底板产生偏差，难度很大。
（2）仪表座副台端立向面变形较大。自司机室规范以后，单司机操作已经成为一种趋势，这使得原来副司机操作的一些电器设备被取消（台面只留一个风笛按钮），整个副台不再有仪表架部分，而仅仅只有一个较大面积的立向平面，而仪表座所用材料为玻璃钢板，厚度只有6mm左右，这使得玻璃钢面板在手工糊制完成后的固化过程中逐渐产生应力变形，而随着运输、裝配过程中的多次搬运、挪动，这个变形量还将会有一个逐渐增大的过程，大约达到3～4mm。而这个变形量在注重美观的司机室中是不被充许的。
（3）台面板折弯成型困难。如图1所示，按照设计的初步意愿，操纵台面板采用
材料为防锈高强度铝板，此种造型铝板如果采用折弯成型，是无法加工的。如果采用冲压成型，对于小批量多型号的产品来说，其模具加工成本费用将无法估量，而模具本身加工周期也很长；如果采用铸造成型，则加工精度要求很高，加工周期也很长。
2 结构优化分析
在HXD1B型机车司机操纵台试制的前期，我厂对这些问题进行了收集、整理和试验，从各个不同方向加以验证解决。改进方案如下：
（1）操纵台夹层骨架在焊接工艺上做一个小小的改良。即在三维仿真软件中，测量出底板与各仪表座支撑梁的具体相对位置，在对应焊接位置的部位匀均地加开长形腰孔，而在各仪表座支撑梁上增加高为1.5mm的凸台，用于插入长形腰孔起定位作用（如图2所示）。由于底板加工的方式为数控激光切割，精度可达0.1mm以内，所以底板上长形腰孔的位置可以很好地保证各仪表座支撑梁相对底板的精度。
（2）仪表座副台端立向面可采用开窗口，再覆盖安装板的方案解决，如图6所示。从设备更新的长远角度看，在仪表座副台端立向面预开窗口不仅解决了此立面变形大的问题，而且为以后在副台区加装新设备提供了方便的安装平台。因为其上覆盖的安装板的加工与更换都是相当方便的。
（3）经过多次的试验，到目前为止，最好的解决方案就是将4种台面板的材质由铝板更换为玻璃钢材料。玻璃钢材料具有质轻、强度高、耐腐蚀、绝缘、耐瞬时高温、导热慢、防水、易差色、成型方便、具有可设计性等优点。在此主要取其成型方便、成型可控性强的优点，如图3所示。
经过结构优化后的HXD1B型机车司机操纵台，其造型设计显得更加硬朗、简单、利落，形象明确，具有统一效果。如图4所示。
3 结束语
HXD1B型机车司机操纵台的结构优化为公司搭建了一个成熟的机车操纵台产品生产与开发平台，也得到了业主的高度肯定。该型直接用到了后面的7200kw六轴机车项目，大大降低了试制与开发成本，同时又减少了新产品开发的风险，这个平台的形成缩短了研发与试制周期。
参考文献
[1] 郭琦，赵江洪.产品造型设计中理性与感性结合的设计方法研究[J].艺术与设计（理论），2007（5）.
[2] 姚树成，楚万喜.改进模块司机操纵台初探[J].内然机车，2005（2）.
[关键词]HXD1B型机车；司机室操纵台；结构优化
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0005-01
0 引言
随着铁路装备现代化的不断推进，我厂相继经历了SS3b、SS4b、SS4改、DJ4型等机车司机操纵台的相关设计与工艺制作，从中可以感受到机车司机操纵台造型设计的不断变迁与创新。而此次HXD1B型机车司机操纵台的设计，在以往机车司机操纵台的基础上增加了新颖、美观等设计风格，但由于此新型机车司机操纵台的开发与应用时间相对较短，因此在产品的生产制造过程中，容易出现面板之间缝隙不均、仪表座变形较大、操纵台夹层骨架焊接困难等问题。针对这些问题，从实际工艺制作方面进行分析，提出有效的结构优化解决方案。
1 问题描述
HXD1B型机车司机操纵台的主要结构部件如图1所示：①台面板1、②台面板2、③操纵台夹层骨架、④台面板3、⑤仪表座、⑥台面板4。
以上6大部件通过紧固件连接。以操纵台夹层骨架基础，中间采用防寒耐油橡胶板加以衬垫，上面依次安装仪表座与各台面板。按照原本设计意图，在生产试制过程中，有以下几处方面无法达到设计要求：
（1）操纵台夹层骨架焊接尺寸难以保证。操纵台夹层骨架由底板与各仪表座支撑梁焊接完成，保证仪表座支撑梁与底板的相对位置及尺寸，是保证后续操纵台组装工序顺利进行的关键一步。图示中有两种仪表座支撑梁为不规则形状，在此情况下，要避免使仪表座支撑梁与底板产生偏差，难度很大。
（2）仪表座副台端立向面变形较大。自司机室规范以后，单司机操作已经成为一种趋势，这使得原来副司机操作的一些电器设备被取消（台面只留一个风笛按钮），整个副台不再有仪表架部分，而仅仅只有一个较大面积的立向平面，而仪表座所用材料为玻璃钢板，厚度只有6mm左右，这使得玻璃钢面板在手工糊制完成后的固化过程中逐渐产生应力变形，而随着运输、裝配过程中的多次搬运、挪动，这个变形量还将会有一个逐渐增大的过程，大约达到3～4mm。而这个变形量在注重美观的司机室中是不被充许的。
（3）台面板折弯成型困难。如图1所示，按照设计的初步意愿，操纵台面板采用
材料为防锈高强度铝板，此种造型铝板如果采用折弯成型，是无法加工的。如果采用冲压成型，对于小批量多型号的产品来说，其模具加工成本费用将无法估量，而模具本身加工周期也很长；如果采用铸造成型，则加工精度要求很高，加工周期也很长。
2 结构优化分析
在HXD1B型机车司机操纵台试制的前期，我厂对这些问题进行了收集、整理和试验，从各个不同方向加以验证解决。改进方案如下：
（1）操纵台夹层骨架在焊接工艺上做一个小小的改良。即在三维仿真软件中，测量出底板与各仪表座支撑梁的具体相对位置，在对应焊接位置的部位匀均地加开长形腰孔，而在各仪表座支撑梁上增加高为1.5mm的凸台，用于插入长形腰孔起定位作用（如图2所示）。由于底板加工的方式为数控激光切割，精度可达0.1mm以内，所以底板上长形腰孔的位置可以很好地保证各仪表座支撑梁相对底板的精度。
（2）仪表座副台端立向面可采用开窗口，再覆盖安装板的方案解决，如图6所示。从设备更新的长远角度看，在仪表座副台端立向面预开窗口不仅解决了此立面变形大的问题，而且为以后在副台区加装新设备提供了方便的安装平台。因为其上覆盖的安装板的加工与更换都是相当方便的。
（3）经过多次的试验，到目前为止，最好的解决方案就是将4种台面板的材质由铝板更换为玻璃钢材料。玻璃钢材料具有质轻、强度高、耐腐蚀、绝缘、耐瞬时高温、导热慢、防水、易差色、成型方便、具有可设计性等优点。在此主要取其成型方便、成型可控性强的优点，如图3所示。
经过结构优化后的HXD1B型机车司机操纵台，其造型设计显得更加硬朗、简单、利落，形象明确，具有统一效果。如图4所示。
3 结束语
HXD1B型机车司机操纵台的结构优化为公司搭建了一个成熟的机车操纵台产品生产与开发平台，也得到了业主的高度肯定。该型直接用到了后面的7200kw六轴机车项目，大大降低了试制与开发成本，同时又减少了新产品开发的风险，这个平台的形成缩短了研发与试制周期。
参考文献
[1] 郭琦，赵江洪.产品造型设计中理性与感性结合的设计方法研究[J].艺术与设计（理论），2007（5）.
[2] 姚树成，楚万喜.改进模块司机操纵台初探[J].内然机车，2005（2）.