謝紹興

(中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司工業(yè)化部 江蘇 南京 210031)

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出口突尼斯內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組凹底底架組裝工藝研究

謝紹興

(中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司工業(yè)化部 江蘇 南京 210031)

介紹了出口突尼斯內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組凹底底架鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析了其主要結(jié)構(gòu)的制造難點(diǎn)及方法，并就其結(jié)構(gòu)的總成分析了工藝流程，提出一種利用胎模進(jìn)行正組裝工藝的組焊方法。

凹底底架鋼結(jié)構(gòu)；內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組；正組裝工藝 ；定位基準(zhǔn)

中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司承接了用于突尼斯國(guó)家鐵路的內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組項(xiàng)目，共20列(40輛)，其中24輛用于標(biāo)準(zhǔn)軌，16輛用于米軌。米軌車(chē)最高運(yùn)行速度為130 km/h，準(zhǔn)軌車(chē)最高運(yùn)行速度為160 km/h，米軌車(chē)和準(zhǔn)軌車(chē)車(chē)體可互換。列車(chē)采用動(dòng)力分散液力傳動(dòng)，液力空氣混合制動(dòng)，每輛動(dòng)車(chē)裝有1套動(dòng)力系統(tǒng)，該動(dòng)力系統(tǒng)由柴油機(jī)、傳動(dòng)箱、發(fā)電機(jī)組、冷卻系統(tǒng)(不包括車(chē)頂冷卻單元)、進(jìn)氣空氣過(guò)濾器、排氣消音器和安裝構(gòu)架等單元集成為動(dòng)力包，列車(chē)的牽引動(dòng)力和用電全部來(lái)源于動(dòng)力系統(tǒng)，最小單元由1輛舒適型車(chē)和1輛經(jīng)濟(jì)型車(chē)組成，可實(shí)現(xiàn)2列、3列重聯(lián)編組。

車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)為碳鋼全焊接車(chē)體，采用薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)，鋼材主要為Q310GNH、Q355GNH 、Q345-E、Q235-A，車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)的鋼材表面必須進(jìn)行預(yù)處理，由底架、側(cè)墻、車(chē)頂、端墻、冷卻通道、排障器和裙板組成；車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮裝運(yùn)吊車(chē)、運(yùn)輸固定、復(fù)軌、密封等要求；車(chē)頂設(shè)備兩側(cè)設(shè)導(dǎo)流板，車(chē)下設(shè)備兩側(cè)設(shè)裙板；列車(chē)車(chē)鉤包括端部的全自動(dòng)車(chē)鉤、中部的半永久車(chē)鉤和救援用的過(guò)渡車(chē)鉤；采用外風(fēng)擋和內(nèi)層貫通道構(gòu)成的貫通道；每輛車(chē)的司機(jī)室動(dòng)力轉(zhuǎn)向架前面都安裝排障器，以保護(hù)運(yùn)行方向上的第1根車(chē)軸上的車(chē)輪。

車(chē)頂及側(cè)墻等鋼結(jié)構(gòu)與25型客車(chē)類似，制造技術(shù)較成熟，可利用現(xiàn)有資源進(jìn)行簡(jiǎn)單改造；其中底架鋼結(jié)構(gòu)為凹底結(jié)構(gòu)，設(shè)置有動(dòng)力集成系統(tǒng)的動(dòng)力包安裝接口裝置，密封要求高、部件制造及整體組焊技術(shù)難度較大，尤其枕梁空氣彈簧、動(dòng)力包及邊梁等定位基準(zhǔn)須與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一，采用正裝工藝，以下將針對(duì)該結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)進(jìn)行分析并提出解決方案。

1 底架的主要結(jié)構(gòu)及制造工藝特點(diǎn)

底架鋼結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)23 235 mm(見(jiàn)圖1)，由司機(jī)室底部鋼結(jié)構(gòu)、動(dòng)力包框架、二位端牽枕、內(nèi)外鐵地板、內(nèi)外橫梁、內(nèi)外縱梁、側(cè)梁、凹底補(bǔ)強(qiáng)板及裙板安裝座等配件組焊而成。

1.1 司機(jī)室底部鋼結(jié)構(gòu)

司機(jī)室底部鋼結(jié)構(gòu)由一位端司機(jī)控制室支撐承載部位，同時(shí)也承擔(dān)著固定頭部車(chē)鉤的功能。其結(jié)構(gòu)主要包括防爬吸能裝置、帶有車(chē)鉤安裝座的牽引梁、連接板與補(bǔ)強(qiáng)板組成的箱型結(jié)構(gòu)、邊梁以及套管等配件。

該結(jié)構(gòu)制造難點(diǎn)在于車(chē)鉤安裝座的尺寸控制、牽引梁下垂的控制、牽引梁與枕梁接口尺寸的控制等，主要技術(shù)尺寸為側(cè)梁直線度不大于1 mm, 兩側(cè)梁外側(cè)距離為(27 700+2) mm, 對(duì)角方差不大于4 mm, 防爬器吸能裝置開(kāi)檔為(1 750±1)mm, 車(chē)鉤安裝座垂直度不大于1 mm, 牽引梁正撓身3～5 mm, 牽引梁下蓋板與牽引梁端部尺寸為(1 800+1) mm, 司機(jī)室底架總長(zhǎng)偏差為(0，+4)mm。本身鑄造及機(jī)加工(含銑孔)工序、牽引梁組成工序、司機(jī)室底部組成工序及底架總成工序，其中牽引梁組成時(shí)利用定位工裝及絲杠夾鉗等固定、鉚接安裝座；司機(jī)室底部及底架總成時(shí)利用分中裝置及其他高度定位基準(zhǔn)固定安裝座，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)鉤安裝座的尺寸控制。

車(chē)鉤安裝座是車(chē)鉤固定的車(chē)體接口裝置，其精度直接影響車(chē)鉤的組裝精度及車(chē)鉤緩沖功能，其材質(zhì)為ZG230-450， 尺寸控制分4道工序進(jìn)行， 包括

1—司機(jī)室底部鋼結(jié)構(gòu)；2—鐵地板；3—橫梁；4—?jiǎng)恿Π蚣埽?—裙板安裝座等配件；6—凹底補(bǔ)強(qiáng)板；7—側(cè)梁；8—縱梁；9—二位端牽枕。圖1 底架鋼結(jié)構(gòu)

牽引梁位于底架一、二位端枕外車(chē)中，主要起承載作用，并通過(guò)車(chē)鉤安裝座傳遞車(chē)輛拉伸及壓縮沖擊力的傳遞。其結(jié)構(gòu)是2片折彎槽型梁鉚接于車(chē)鉤安裝座而成型，由于連接兩折彎槽型梁的下蓋板焊接、牽引梁與前端梁的焊接等造成牽引梁頭部易下垂，從而導(dǎo)致車(chē)鉤安裝座高度及垂直度異常，故在執(zhí)行相關(guān)焊接作業(yè)前應(yīng)固定壓緊嚴(yán)實(shí)，并于作業(yè)完成后對(duì)牽引梁(材質(zhì)：鋼板8-Q355GNHD)局部加熱以控制3～5 mm的正撓身。另外牽引梁下蓋板與牽引梁端部尺寸按負(fù)公差控制(見(jiàn)圖2)，便于該處插入枕梁進(jìn)行配合。

圖2 牽引梁下蓋板與牽引梁端部尺寸

1.2 二位端牽枕

端牽枕由端梁、牽引梁及枕梁組成(見(jiàn)圖3)，為預(yù)組件，采用與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)統(tǒng)一的正裝工藝，工藝流程為：枕梁定位→牽引梁定位→端梁定位→點(diǎn)焊固定→翻轉(zhuǎn)焊接→探傷。端牽枕組裝的重點(diǎn)在于各梁中心相對(duì)于車(chē)體中心線的偏差控制、空氣彈簧水平度的控制、車(chē)鉤安裝座的尺寸控制及枕中距端梁的長(zhǎng)度控制。其中各梁的中心偏差不大于2 mm(底架總成時(shí)不大于3 mm)，通過(guò)與組裝胎中心標(biāo)記比對(duì)再進(jìn)行固定；空氣彈簧與組裝胎相應(yīng)處機(jī)加工面應(yīng)密貼，以保證水平度不大于0.3 mm(底架總成時(shí)不大于0.5 mm)；考慮到各連接處焊接量產(chǎn)生的縱向收縮[1]，組裝胎中枕中距端梁的長(zhǎng)度按理論尺寸放長(zhǎng)4 mm，保證成形后長(zhǎng)度比理論長(zhǎng)度大2 mm左右，以便于消化底架總成時(shí)存在的少量收縮量，滿足底架長(zhǎng)度的正公差要求。

圖3 端牽枕

1.3 動(dòng)力包吊掛框架

動(dòng)力包框架通過(guò)兩側(cè)22#槽鋼置于底架18#槽鋼上對(duì)接滿焊連接(見(jiàn)圖4)，柴油機(jī)及傳動(dòng)箱等動(dòng)力包系統(tǒng)利用4個(gè)角的螺栓懸掛于框架之下。其結(jié)構(gòu)為兩側(cè)22#槽鋼、縱橫梁及鐵地板圍成的框架結(jié)構(gòu)，中間加焊用于車(chē)內(nèi)檢查動(dòng)力包相關(guān)系統(tǒng)的檢查門(mén)，組焊的難點(diǎn)在于4個(gè)角螺栓孔的定位及4個(gè)機(jī)加工面的相對(duì)高低。動(dòng)力包框架組焊后、機(jī)加工之前應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理以消除應(yīng)力，4個(gè)角螺栓孔必須在動(dòng)力包組焊后整體鉆孔。

圖4 動(dòng)力包框架

1.4 凹底縱梁

凹底階梯過(guò)渡處縱梁通過(guò)3道折彎成型(見(jiàn)圖5)，外形展開(kāi)尺寸為1 381 mm×2 819 mm，現(xiàn)有板材開(kāi)卷規(guī)格寬度為1 250 mm，小于所需展開(kāi)尺寸，故按圖6進(jìn)行分段折彎后拼焊成型。

圖5 凹底縱梁

圖6 凹底縱梁分段圖

2 底架總成工藝

底架鋼結(jié)構(gòu)總成是將圖1各零部件按圖紙尺寸及公差定位組焊成一體，使用一些夾持并確定工件位置的工具和裝置來(lái)完成裝配和焊接工作，實(shí)現(xiàn)部件的定位、夾緊、點(diǎn)固以及焊接，按組裝先后流程包含底架正裝胎、簡(jiǎn)易正裝胎以及翻轉(zhuǎn)胎3套工裝，該工裝須支撐整個(gè)底架鋼結(jié)構(gòu)，并在其上安裝定位、夾緊、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此工裝的強(qiáng)度、剛度以及基準(zhǔn)面精度要求較高。

底架總成工藝首要任務(wù)是確定定位基準(zhǔn)，然后以此為基礎(chǔ)執(zhí)行后續(xù)作業(yè)，遵循一定原則[2]，即基準(zhǔn)重合、不變及可靠原則。作為底架成型最為關(guān)鍵的首道工序，底架正裝工序決定著底架框架尺寸定位基準(zhǔn)的選用，直接影響制造定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的統(tǒng)一及底架最終成型質(zhì)量。

2.1 底架正裝工序

底架正裝胎采用T形槽的基礎(chǔ)預(yù)埋件形式，實(shí)現(xiàn)定位墩的縱向(車(chē)長(zhǎng))及橫向(車(chē)寬)移動(dòng)，提高工裝的柔性化及通用性。為適應(yīng)底架凹底處組裝，必須配置凹底處定位夾緊裝置，含平、凹底過(guò)渡。

底架正裝工序流程：側(cè)梁落胎(含凹底處)→一位枕梁落胎→二位端牽枕落胎→司機(jī)室底部鋼結(jié)構(gòu)落胎→枕內(nèi)外縱橫梁組裝(含凹底處)→動(dòng)力包框架組裝→平焊縫焊接(含點(diǎn)固)。

底架正裝工序是底架總成的首道工序，主要任務(wù)是將各零散部件按定位尺寸及公差組成標(biāo)準(zhǔn)框架并點(diǎn)焊固定。采用正裝工藝，即以兩端枕梁空氣彈簧機(jī)加工面為基準(zhǔn)定位，側(cè)梁落胎后，將兩端枕梁部件吊裝至組裝胎，調(diào)整空氣彈簧機(jī)加工面與胎模相對(duì)應(yīng)位置(平面度及高低已調(diào)整合格)配合間隙(不大于0.5 mm)，并配合司機(jī)室底部、二位端牽枕偏中及對(duì)角等尺寸偏差的調(diào)整，按工序流程組裝各部件夾緊后點(diǎn)固，并對(duì)平焊縫位置進(jìn)行焊接。其中動(dòng)力包框架參照空氣彈簧組裝方法，即以4個(gè)角螺栓定位面為基準(zhǔn)落胎，調(diào)整與胎模配合間隙及縱、橫向尺寸并點(diǎn)焊固定，對(duì)平焊縫位置進(jìn)行焊接。作業(yè)完成后利用拉撐縱向固定凹底過(guò)渡區(qū)域，天車(chē)配合專用吊具吊裝至下道工序。

2.2 底架簡(jiǎn)易正裝工序

底架簡(jiǎn)易正裝胎主要用于鐵地板組裝焊接、底架鋼結(jié)構(gòu)反面裙板安裝座等配件的組焊，該工裝適用底架鋼結(jié)構(gòu)正面狀態(tài)作業(yè)，即利用底架空氣彈簧、側(cè)梁進(jìn)行有效定位夾緊；也適用于底架鋼結(jié)構(gòu)反面狀態(tài)作業(yè)，即利用側(cè)梁，尤其凹底側(cè)梁處固定牢靠后再進(jìn)行作業(yè)。

2.3 底架翻轉(zhuǎn)工序

底架翻轉(zhuǎn)胎采用2組轉(zhuǎn)環(huán)帶動(dòng)大框架同步整體升降并回轉(zhuǎn)，中間框架式托架可將整個(gè)底架通過(guò)機(jī)械式定位、夾緊固定在大框架中間，實(shí)現(xiàn)底架的360°翻轉(zhuǎn)；電氣控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC及觸摸屏控制系統(tǒng)。該工裝的作用是實(shí)現(xiàn)底架鋼結(jié)構(gòu)360°翻轉(zhuǎn)，完成底架翻轉(zhuǎn)工序作業(yè)，即實(shí)現(xiàn)所有焊縫處于平焊位置，達(dá)到便于焊接作業(yè)、保證焊接質(zhì)量的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)底架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取上述工藝措施，尤其利用相關(guān)胎模進(jìn)行正組裝工藝后，實(shí)現(xiàn)了制造基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的重合，有效保證了組裝精度，控制了焊接變形，滿足底架鋼結(jié)構(gòu)組裝要求，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，交付后運(yùn)行狀態(tài)良好。

[1] 陳祝年. 焊接工程師手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

[2] 陳世和. 車(chē)輛修造工藝及裝備[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 1999.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)06-0009-03

2016-04-24

謝紹興(1986-)，男，本科學(xué)歷，工程師，從事車(chē)體組焊工藝工作。

U270.32

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