250 km/h動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造技術(shù)

姜 斌 宋學(xué)毅 臧宗波 王 超

(唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，063035，唐山∥第一作者，工程師)

隨著我國(guó)軌道交通事業(yè)的高速發(fā)展，城際動(dòng)車(chē)組已成為城市間通行的重要交通工具。唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司與長(zhǎng)春客車(chē)股份有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)了新一代時(shí)速250 km 等級(jí)城際軌道客車(chē)。此車(chē)型轉(zhuǎn)向架兼具成熟的CRH3、CRH5 型動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架的優(yōu)良性能，同時(shí)具備地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其構(gòu)架與傳統(tǒng)高速轉(zhuǎn)向架構(gòu)架相比，在滿(mǎn)足高速行駛性能要求的前提下，對(duì)電機(jī)、齒輪箱的支撐結(jié)構(gòu)，以及制動(dòng)裝置與構(gòu)架主體的連接方式等方面做了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文研究的動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、制造成本低、性能優(yōu)良等特點(diǎn)，已成為250 km/h 等級(jí)的動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架的重要產(chǎn)品，代表了我國(guó)轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)制造的最高水平。

本文以250 km/h 動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為研究對(duì)象，分析其構(gòu)架及側(cè)梁、橫梁等重要組件的基本結(jié)構(gòu)及工藝特性，在此基礎(chǔ)上分析了構(gòu)架側(cè)梁組成、橫梁組成的制造工藝難點(diǎn)，給出了構(gòu)架各組成部分的制造工藝流程;同時(shí)，針對(duì)構(gòu)架制造過(guò)程中的工藝難點(diǎn)，以及在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的工藝問(wèn)題，給出了具體的解決方案。

1 構(gòu)架及其主要組件的基本結(jié)構(gòu)

1.1 構(gòu)架組件的基本結(jié)構(gòu)

本文研究的動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用典型的H型焊接結(jié)構(gòu)形式，分為動(dòng)車(chē)構(gòu)架和拖車(chē)構(gòu)架，具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 動(dòng)車(chē)構(gòu)架

圖2 拖車(chē)構(gòu)架

動(dòng)車(chē)構(gòu)架、拖車(chē)構(gòu)架的區(qū)別在于:動(dòng)車(chē)構(gòu)架具有電機(jī)吊座、齒輪箱座等動(dòng)力支撐傳動(dòng)裝置，采用兩輪盤(pán)制動(dòng)形式;而拖車(chē)構(gòu)架無(wú)動(dòng)力支撐裝置，采用三輪盤(pán)制動(dòng)形式。拖車(chē)構(gòu)架橫梁采用鋼管形式，通過(guò)縱向梁將兩橫梁管連接，與典型的地鐵以及普通客車(chē)構(gòu)架有所不同的是:其橫梁與側(cè)梁的連接并非采用插接形式，而是通過(guò)連接座這一起過(guò)度作用的鍛件，將橫梁、側(cè)梁以焊接的形式連接為一體。拖車(chē)構(gòu)架具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于側(cè)梁與橫梁采用了對(duì)接焊接形式，更容易進(jìn)行構(gòu)架的組裝。同時(shí)，此結(jié)構(gòu)構(gòu)架焊接后扭曲變形量小，且易調(diào)修，故具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。

1.2 側(cè)梁組件的基本結(jié)構(gòu)

本文研究的動(dòng)、拖車(chē)構(gòu)架側(cè)梁結(jié)構(gòu)相同，為典型的箱體形式。側(cè)梁的上、下蓋板與立板以拼接形式連為一體，內(nèi)部附有筋板，起支撐和加強(qiáng)作用，上、下蓋板同為折彎成型工件。側(cè)梁組件的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 拖車(chē)構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 側(cè)梁組件的結(jié)構(gòu)示意圖

與傳統(tǒng)的地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的側(cè)梁結(jié)構(gòu)相比，此構(gòu)架側(cè)梁內(nèi)腔不作為氣室使用，整體豎直尺寸較高;同時(shí)，對(duì)上蓋板平面度、帽筒間距、定位座間距等重要尺寸的精度要求較高。

1.3 橫梁組件的基本結(jié)構(gòu)

本文研究的動(dòng)車(chē)、拖車(chē)構(gòu)架的橫梁結(jié)構(gòu)不同，動(dòng)車(chē)橫梁帶有電機(jī)吊座、齒輪箱座，其基本形式如圖1所示。

拖車(chē)橫梁組件并沒(méi)有與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的裝置，且其縱向梁結(jié)構(gòu)與動(dòng)車(chē)不同，拖車(chē)縱向梁與制動(dòng)橫梁連接。拖車(chē)橫梁基本形式如圖2、圖3所示。

動(dòng)車(chē)構(gòu)架的動(dòng)力系統(tǒng)、拖車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)分別集成于相應(yīng)橫梁組件之中。這種結(jié)構(gòu)與CRH3 型動(dòng)車(chē)組構(gòu)架獨(dú)立的電機(jī)懸掛系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊;但橫梁組件的焊接量相應(yīng)增大，易造成較大的焊接變形。

2 構(gòu)架主要組件工藝難點(diǎn)分析

2.1 側(cè)梁組裝焊接工藝難點(diǎn)分析

由上所述，側(cè)梁為上、下蓋板與立板、筋板拼接的箱型形式，側(cè)梁組焊工藝流程如圖5所示。

側(cè)梁上、下蓋板與內(nèi)、外立板之間采用機(jī)械手焊接方式，立板與上、下蓋板外側(cè)焊縫形式為角焊縫，立板與下蓋板內(nèi)側(cè)焊縫形式為角焊縫。焊接填充量大，尤其在上下蓋板折彎角度較大且立板寬度較小的區(qū)域，易發(fā)生較大的焊接變形。實(shí)際的焊接變形情況如圖6所示，圖中側(cè)梁端部區(qū)域?qū)⑾蚣^標(biāo)注方向下垂。

圖5 側(cè)梁組焊工藝流程

圖6 側(cè)梁焊接變形示意圖

由于側(cè)梁為箱型結(jié)構(gòu)，剛性很大，焊后采用冷壓方式調(diào)修的效果并不理想，但過(guò)度熱調(diào)修易引起母體材質(zhì)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響工件整體性能，因此針對(duì)此結(jié)構(gòu)，不宜大量采用熱調(diào)修方式。

工件焊接過(guò)程中，焊接變形是無(wú)法避免的，但較大的焊接變形會(huì)導(dǎo)致工件局部尺寸超過(guò)設(shè)計(jì)工差，進(jìn)一步影響工件的整體性能，甚至造成工件報(bào)廢。構(gòu)架對(duì)側(cè)梁焊后尺寸要求較高，豎向尺寸工差要求±2 mm 以?xún)?nèi)，橫向尺寸工差要求±1 mm 以?xún)?nèi)。對(duì)于較高的尺寸精度要求，需要在工件焊接前采取預(yù)防措施，以盡量減少調(diào)修，保證工件設(shè)計(jì)要求。

因此，預(yù)防和控制側(cè)梁焊接變形量，做到焊后無(wú)需調(diào)修或僅需微調(diào)即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)尺寸要求，是側(cè)梁組焊工藝中的一個(gè)難點(diǎn)。

2.2 橫梁組裝焊接工藝難點(diǎn)分析

構(gòu)架橫梁從結(jié)構(gòu)和功能要求上分為動(dòng)車(chē)橫梁和拖車(chē)橫梁，雖然結(jié)構(gòu)不同，但其工藝流程基本相同，如圖7所示。

圖7 動(dòng)、拖車(chē)橫梁工藝流程

動(dòng)車(chē)橫梁組成中的電機(jī)吊座與橫梁管連接形式如圖8所示。其中，電機(jī)卡條和墊板將在后續(xù)構(gòu)架加工時(shí)鉆孔，以實(shí)現(xiàn)與電機(jī)的連接。橫梁組焊過(guò)程對(duì)電機(jī)卡條、墊板的位置要求較高，水平向和豎向的尺寸工差均要求在±1 mm 以?xún)?nèi)。

圖8 電機(jī)吊座與橫梁管連接形式示意圖

電機(jī)吊座內(nèi)腔立板與橫梁管有焊接要求，因此，下蓋板必須在環(huán)焊縫焊接完成后才可組裝焊接。對(duì)于電機(jī)吊座、下蓋板的單獨(dú)焊接造成了不對(duì)稱(chēng)的焊接熱輸入，與下蓋板相關(guān)的區(qū)域易產(chǎn)生焊接收縮，造成電機(jī)吊座整體發(fā)生如圖9所示的變形，進(jìn)而造成卡條和墊板會(huì)分別在橫向和豎向發(fā)生位置偏移，影響后續(xù)構(gòu)架加工的工序。如何預(yù)防和控制電機(jī)卡條和墊板的位置變形量，滿(mǎn)足后續(xù)構(gòu)架加工和電機(jī)組裝精度要求，是橫梁組焊過(guò)程中的工藝難點(diǎn)。

3 構(gòu)架重要組件工藝問(wèn)題的解決方案

3.1 側(cè)梁組裝焊接工藝問(wèn)題的解決方案

針對(duì)側(cè)梁焊接后端部變形的工藝問(wèn)題，將側(cè)梁組成端部區(qū)域分為端部立板、帽筒2 個(gè)區(qū)域，具體如圖9所示。

圖9 側(cè)梁組成變形分區(qū)示意圖

實(shí)際的變形為2 個(gè)區(qū)域整體向下傾斜(如圖9所示)，但由于端部立板和帽筒焊接與側(cè)梁外部焊縫焊接為2 個(gè)過(guò)程，且端部焊接先于外部焊接，端部立板焊接首先會(huì)發(fā)生一次焊接收縮變形，因此，將2區(qū)域分別作反變形處理效果更為理想。具體實(shí)施方案為:

1)側(cè)梁上蓋板預(yù)制反變形處理:上蓋板與帽筒焊接完成后對(duì)其端部立板區(qū)域進(jìn)行預(yù)制反變形處理，使用C 型壓力機(jī)對(duì)側(cè)梁進(jìn)行冷壓，使上蓋板端部較水平部分上翹2 mm。

2)側(cè)梁組件在機(jī)械手焊接前的預(yù)制反變形處理:將側(cè)梁反裝于焊接工裝，焊接前使用風(fēng)動(dòng)扳手對(duì)工裝帽筒壓緊部分的螺栓緊固，使側(cè)梁的帽筒區(qū)域向下進(jìn)行預(yù)制反變形3 mm 處理。

通過(guò)此工藝方法，機(jī)械手焊接完成后，由于焊接收縮引起的變形可與預(yù)制的反變形抵消，側(cè)梁上蓋板平面度可達(dá)到1 mm 以?xún)?nèi)，無(wú)需調(diào)修即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

這兩種方法減少了側(cè)梁焊接后的調(diào)修工作量，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3.2 橫梁組裝焊接工藝問(wèn)題的解決方案

由上所述，動(dòng)車(chē)橫梁焊接后電機(jī)吊座會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)變形。因此，動(dòng)車(chē)橫梁電機(jī)吊座與橫梁管組對(duì)時(shí)，采用預(yù)制反變形的工藝方法。

如圖10所示，將定位尺寸270 mm 控制在270+2 mm，尺寸260 mm 控制在(260－2)mm。采取預(yù)制反變形措施后的效果為:電機(jī)吊座按圖10所指方向旋轉(zhuǎn)了一定角度，以此抵消焊后的旋轉(zhuǎn)變形。

按此工藝方法，可控制電機(jī)吊座焊接完成后電機(jī)卡條、墊板位置尺寸在±1 mm 精度范圍內(nèi)，無(wú)需對(duì)其調(diào)修即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖10 電機(jī)吊座預(yù)制反變形

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了250 km/h 動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及其重要組件的基本結(jié)構(gòu)，給出了構(gòu)架制造工藝流程，對(duì)制造過(guò)程中的工藝難點(diǎn)進(jìn)行了具體分析，并針對(duì)具體工藝問(wèn)題給出了解決方案。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明了該工藝方案的有效性，同時(shí)，為相似車(chē)型構(gòu)架制造工藝的制定及對(duì)典型生產(chǎn)工藝問(wèn)題的分析解決提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

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