內(nèi)燃動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造技術(shù)研究

□姜 斌 □宋學(xué)毅 □張文朝 □劉春洋

中車唐山機(jī)車車輛有限責(zé)任公司 河北唐山 063035

內(nèi)燃動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造技術(shù)研究

□姜 斌 □宋學(xué)毅 □張文朝 □劉春洋

中車唐山機(jī)車車輛有限責(zé)任公司 河北唐山 063035

以出口土耳其內(nèi)燃動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為研究對(duì)象，分析了構(gòu)架的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了構(gòu)架側(cè)梁組成、橫梁組成的制造工藝流程，并對(duì)工藝難點(diǎn)進(jìn)行了分析。針對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架工藝難點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)中易出現(xiàn)的工藝問(wèn)題，給出了具體的解決方案。

中車唐山機(jī)車車輛有限責(zé)任公司為土耳其伊茲密爾市設(shè)計(jì)了新一代內(nèi)燃動(dòng)車組[1]，其構(gòu)架與傳統(tǒng)城軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架相比，在滿足穩(wěn)定行駛性能要求的前提下，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、制造成本低、性能優(yōu)良等特點(diǎn)，已成為內(nèi)燃動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的代表產(chǎn)品[2-4]。筆者以該構(gòu)架為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了其側(cè)梁組成和橫梁組成等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)形式、工藝特點(diǎn)，以及制造工藝難點(diǎn)，并給出了各部位的工藝流程。與此同時(shí)，針對(duì)加工構(gòu)架過(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，提出了具體的解決方案[5-8]。

圖1 動(dòng)車構(gòu)架

1 構(gòu)架及其主要組件的基本結(jié)構(gòu)

1.1 構(gòu)架組成基本結(jié)構(gòu)

該構(gòu)架采用典型的H型焊接結(jié)構(gòu)形式，分為動(dòng)車構(gòu)架和拖車構(gòu)架，具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖2 拖車構(gòu)架

動(dòng)、拖車構(gòu)架的區(qū)別為：動(dòng)車構(gòu)架具有電動(dòng)機(jī)吊座、齒輪箱座等動(dòng)力支撐傳動(dòng)裝置，而拖車構(gòu)架無(wú)動(dòng)力支撐裝置。構(gòu)架橫梁采用鋼板拼接形式，通過(guò)縱向梁將兩個(gè)橫梁箱體連接，與典型的城軌、地鐵及普通客車構(gòu)架不同的是，橫梁與側(cè)梁的連接并非采用插接形式，而是通過(guò)橫、側(cè)梁上下蓋板對(duì)接，以及橫梁立板與側(cè)梁立板T形連接，將橫、側(cè)梁以焊接的形式連接為一體。

由于側(cè)梁與橫梁采用了對(duì)接焊接形式，因此更容易進(jìn)行構(gòu)架的組裝。同時(shí)，焊接后的構(gòu)架扭曲變形量小，易調(diào)修，所以具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。

1.2 側(cè)梁組成基本結(jié)構(gòu)

動(dòng)、拖車構(gòu)架的側(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、下蓋板同為折彎成形工件。側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)示意圖

與傳統(tǒng)的城軌側(cè)梁結(jié)構(gòu)不同，此構(gòu)架側(cè)梁內(nèi)腔不作為氣室使用；同時(shí)，對(duì)上蓋板平面度、定位座間距等重要尺寸精度要求較高[9]。

1.3 橫梁組成基本結(jié)構(gòu)

動(dòng)、拖車構(gòu)架的橫梁結(jié)構(gòu)不同，動(dòng)車橫梁帶有電動(dòng)機(jī)吊座和齒輪箱座，基本形式如圖4所示。拖車橫梁組成中并沒有與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的裝置，其基本形式如圖5所示。

動(dòng)車構(gòu)架的動(dòng)力系統(tǒng)集成于相應(yīng)橫梁組成之中，這種結(jié)構(gòu)與CRH3型動(dòng)車組構(gòu)架獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)懸掛系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊，但橫梁組成焊接量相應(yīng)增大，易造成較大的焊接變形[10]。

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

由上文所述，側(cè)梁為上、下蓋板與立板和筋板拼接的箱型形式，側(cè)梁組焊工藝流程如圖6所示。

圖4 動(dòng)車橫梁結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 拖車橫梁結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 側(cè)梁組成工藝流程

側(cè)梁上、下蓋板與內(nèi)外立板之間采用焊接方式，立板與上、下蓋板外側(cè)焊縫形式為HYs13+a3，立板與下蓋板內(nèi)側(cè)焊縫形式為a3。焊接填充量大，尤其是上、下蓋板與橫梁的對(duì)接位置。在蓋板寬度較小的區(qū)域，由于大量的熱輸入，易發(fā)生較大的焊接變形。實(shí)際的焊接變形情況如圖7所示，下蓋板將會(huì)向箭頭方向收縮變形，上蓋板將會(huì)向箭頭相反方向收縮變形，最終結(jié)果使側(cè)梁上、下蓋板間距減小。

圖7 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，焊后采用冷壓的方式調(diào)修效果并不理想。另外，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，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)公差，進(jìn)一步影響工件整體性能，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，垂向尺寸公差要求為±2 mm，橫向尺寸公差要求為±1 mm。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，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)[10-12]。

2.2 橫梁組裝焊接工藝

構(gòu)架橫梁從結(jié)構(gòu)和功能要求上分為動(dòng)車橫梁和拖車橫梁，雖然結(jié)構(gòu)不同，但工藝流程基本相同，如圖8所示。

圖8 動(dòng)、拖車橫梁工藝流程

動(dòng)車橫梁組成中，電動(dòng)機(jī)吊座與橫梁連接形式如圖9所示。電動(dòng)機(jī)吊座將在后續(xù)構(gòu)架加工時(shí)鉆孔，以實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)機(jī)的連接。橫梁組焊過(guò)程對(duì)電動(dòng)機(jī)吊座的位置要求較高，水平X方向和垂向Z方向的尺寸公差均要求為±1 mm。

圖9 電動(dòng)機(jī)吊座與橫梁連接形式示意圖

電動(dòng)機(jī)吊座與橫梁上、下蓋板有焊接要求，與上、下蓋板的單獨(dú)焊接會(huì)造成不對(duì)稱焊接熱輸入，相關(guān)區(qū)域易產(chǎn)生焊接收縮，造成電動(dòng)機(jī)吊座整體變形，進(jìn)而造成電動(dòng)機(jī)吊座整體在橫向發(fā)生位置偏移，影響后續(xù)構(gòu)架的加工工序。如何預(yù)防和控制電動(dòng)機(jī)吊座的位置變形量，滿足后續(xù)構(gòu)架加工和電動(dòng)機(jī)組裝精度要求，是橫梁組焊過(guò)程的工藝難點(diǎn)。

3 構(gòu)架的重要組件

3.1 側(cè)梁組裝焊接

針對(duì)側(cè)梁焊接后上、下蓋板間距縮小的工藝問(wèn)題，對(duì)側(cè)梁上、下蓋板采用預(yù)制反變形的方式解決。

具體實(shí)施方案如下。

（1）側(cè)梁上、下蓋板預(yù)制反變形，如圖10所示。下蓋板折彎成形后，對(duì)標(biāo)記紅線區(qū)域預(yù)制反變形，反變形方向?yàn)閳D10中箭頭方向。使用C型壓力機(jī)對(duì)側(cè)梁進(jìn)行冷壓，使上蓋板調(diào)修位置較水平部分上翹3 mm。

圖10 側(cè)梁下蓋板預(yù)制反變形示意圖

上蓋板的預(yù)制反變形方法與下蓋板一致，方向與下蓋板相反。

（2）側(cè)梁組成在焊接前預(yù)制反變形，如圖11所示。變形區(qū)域由于側(cè)梁外側(cè)焊縫焊接，大量的熱輸入使此區(qū)域收縮變形，實(shí)際變形趨勢(shì)為側(cè)梁整體端部向上偏移。為消除此變形，將側(cè)梁安裝在工裝上，焊接前使用扳手對(duì)壓緊裝置的絲杠進(jìn)行緊固，使側(cè)梁的端部區(qū)域向下預(yù)制反變形3 mm。

圖11 側(cè)梁預(yù)制反變形

通過(guò)以上兩種工藝方法，焊接完成后，焊接收縮引起的變形可與預(yù)制的反變形抵消，側(cè)梁上、下蓋板平面度≤1 mm，無(wú)需調(diào)修即可滿足設(shè)計(jì)要求。

以上方法減少了側(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

如前文所述，動(dòng)車橫梁焊接后電動(dòng)機(jī)吊座會(huì)產(chǎn)生變形，因此，動(dòng)車橫梁電動(dòng)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12所示，將箭頭所示電動(dòng)機(jī)吊座與橫梁組成中心線定位尺寸控制在282.5±2 mm內(nèi)，預(yù)制反變形時(shí)，安裝電動(dòng)機(jī)吊座應(yīng)向外移動(dòng)3 mm，即組裝尺寸控制在285.5 mm，焊接后，電動(dòng)機(jī)吊座會(huì)向橫梁組成中心線方向自行收縮偏移，以此抵消預(yù)制反變形。

圖12 電動(dòng)機(jī)吊座預(yù)制反變形

按此工藝方法，電動(dòng)機(jī)吊座焊接完成后的位置尺寸可控制在±1 mm內(nèi)，無(wú)需調(diào)修即可滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了出口土耳其內(nèi)燃動(dòng)車組轉(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，證明了工藝方案的有效性，同時(shí)為相似車型構(gòu)架制造工藝的制定及典型生產(chǎn)工藝問(wèn)題的分析解決提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

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Took the truck frame ofdiesel coach set exported toTurkeyas the subject for study.Byanalyzingthe basic structural characteristics of the frame,gave out the composition of the truck frame,manufacturing process for beamassembly while the technical difficulties were analyzed.Aimingat the technical difficulties for engineering of truck frame and the frequent engineeringissues duringreal production,specific solutions were provided.

內(nèi)燃動(dòng)車組；轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架；制造工藝

DieselCoach Set；Truck；Frame Structure；Manufacturing Process

TH162；TP391.73

A

1672-0555（2016）04-013-04

2016年6月

姜斌（1984—），男，碩士，工程師，主要從事軌道客車轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)研究工作