城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體關(guān)鍵尺寸控制工藝研究

唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司制造技術(shù)中心 張明偉 孫學(xué)亮 孫宏海

城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體關(guān)鍵尺寸控制工藝研究

唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司制造技術(shù)中心 張明偉 孫學(xué)亮 孫宏海

在交通運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，鐵路高速化是當(dāng)今世界發(fā)展的潮流和必然趨勢(shì)，城際動(dòng)車(chē)組作為一個(gè)新型的動(dòng)車(chē)組產(chǎn)品孕育而生，其時(shí)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通地鐵車(chē)輛，具有運(yùn)量大、適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，成為目前當(dāng)今社會(huì)大都市之間交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。本文主要闡述了新型城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體關(guān)鍵尺寸的控制工藝，對(duì)城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵尺寸進(jìn)行介紹，通過(guò)系統(tǒng)的分析制定出關(guān)鍵尺寸控制工藝，保證了城際動(dòng)車(chē)組車(chē)體的質(zhì)量，順利完成了鋁合金車(chē)體的生產(chǎn)制造。

城際動(dòng)車(chē)組時(shí)速一般在120～160km之間，是當(dāng)今世界鐵路高速化的必然產(chǎn)物，其作為一個(gè)新興的動(dòng)車(chē)組產(chǎn)品，時(shí)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通地鐵車(chē)輛，具有運(yùn)量大，適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，成為目前當(dāng)今社會(huì)大都市之間交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。本文介紹了時(shí)速140km城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體關(guān)鍵尺寸的控制工藝。

1．車(chē)體結(jié)構(gòu)

新型城際動(dòng)車(chē)組最高時(shí)速140km，由1輛中間車(chē)和2輛帶司機(jī)室的頭車(chē)組成共3輛車(chē)的編組，采用2M+1T配置，其編組如圖1所示。

圖1 編組示意圖

車(chē)體采用的是鋁合金車(chē)體，其具有重量輕、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、外觀平整度好和易于制造美觀車(chē)體等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能提供良好氣密性，隔音、降噪，為乘客提供舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境，節(jié)省能源。

車(chē)體作為動(dòng)車(chē)組列車(chē)的關(guān)鍵承載部件，是一個(gè)封閉的焊接箱型結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種力的作用，起到了保護(hù)乘客安全作用的同時(shí)，也為乘客提供寬敞、舒適的旅行空間。車(chē)體由底架、側(cè)墻組成、車(chē)頂和端墻等鋁合金材質(zhì)的大部件組成，如圖2所示。

圖2 車(chē)體結(jié)構(gòu)圖

2．車(chē)體組成的關(guān)鍵尺寸

車(chē)體組成的關(guān)鍵尺寸為車(chē)體長(zhǎng)度、箱體斷面尺寸和撓度值等，箱體斷面尺寸包括寬度、高度和對(duì)角線差值，這些尺寸直接決定了車(chē)體的內(nèi)部空間大小、運(yùn)行安全和車(chē)體的使用壽命等。具體尺寸詳見(jiàn)附表。

車(chē)體關(guān)鍵尺寸

3．關(guān)鍵尺寸控制工藝

（1）車(chē)體長(zhǎng)度尺寸控制工藝

車(chē)體是由底架、側(cè)墻、車(chē)頂和端墻裝配焊接后形成的，其長(zhǎng)度取決于底架、側(cè)墻和車(chē)頂?shù)拈L(zhǎng)度，所以其三大部件的長(zhǎng)度就相當(dāng)關(guān)鍵。車(chē)體長(zhǎng)度尺寸的控制是通過(guò)在大部件上進(jìn)行工藝放量的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的，分析總結(jié)長(zhǎng)度公差和考慮焊接會(huì)造成長(zhǎng)度方向上收縮，將底架邊梁和地板加長(zhǎng)6mm，保證底架組焊完成后的長(zhǎng)度為+6mm；將邊頂和圓頂加長(zhǎng)5～6mm，保證車(chē)頂組焊完成后長(zhǎng)度+5mm；側(cè)墻為分塊側(cè)墻，單側(cè)3個(gè)門(mén)口，考慮到側(cè)門(mén)口尺寸要求均為正差，所以側(cè)墻的長(zhǎng)度放量只將一二位端的小側(cè)墻加長(zhǎng)2mm，其余分塊側(cè)墻不放量。該樣放量分布可保證三大部件長(zhǎng)度上的匹配，保證車(chē)體形成后的最終長(zhǎng)度尺寸滿足公差要求。經(jīng)過(guò)多種車(chē)型鋁合金車(chē)體制造的經(jīng)驗(yàn)累計(jì)，將各大部件的放量等于車(chē)體長(zhǎng)度的上公差值，形成車(chē)體后長(zhǎng)度可滿足要求。

（2）箱體斷面尺寸控制工藝

車(chē)體的制造難點(diǎn)即在箱體尺寸的控制上，因?yàn)槠淅塾?jì)了各大部件的公差，制造階段保證的尺寸關(guān)聯(lián)性較大，且車(chē)體組成后調(diào)修困難。箱體的斷面尺寸由底架、側(cè)墻和車(chē)頂三部分拼焊而成，內(nèi)外共8道焊縫，為保證其焊接完成后車(chē)體的寬度、高度和對(duì)角線尺寸，在預(yù)制反變形、組裝和焊接的各個(gè)階段都需要控制不同的參數(shù)。

車(chē)體的高度主要取決于側(cè)墻的高度，而且還受車(chē)體撓度和側(cè)墻撓度匹配度的影響，如側(cè)墻沒(méi)有撓度，需通過(guò)在側(cè)墻上修磨出撓度的方法來(lái)保證裝配質(zhì)量，這樣就會(huì)降低車(chē)體的高度，所以側(cè)墻的高度尺寸需控制在理論值（+3mm，+6mm）的范圍才能保證撓度修磨的需要。車(chē)體的寬度尺寸是在保證各大部件符合公差要求的前提下，通過(guò)焊接過(guò)程中預(yù)制反變形來(lái)保證的。

城際動(dòng)車(chē)車(chē)體的焊接順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)，先下后上。焊接車(chē)體外側(cè)焊縫會(huì)使車(chē)體在寬度方向上變大，所以車(chē)體內(nèi)部的支撐主要內(nèi)高支撐起作用，可以不必支撐寬度支撐，通過(guò)圖3的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折線得出了在裝配階段尺寸高度的組裝尺寸為理論值（+2，+4）mm。

圖3 高度尺寸折線圖

焊接完成外側(cè)焊縫后需撤掉所有支撐對(duì)箱體斷面尺寸進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)值調(diào)整箱體寬度的預(yù)制反變形量，相應(yīng)寬度值越小反變形量越大。焊接內(nèi)側(cè)焊縫會(huì)對(duì)車(chē)體寬度收縮較大，根據(jù)圖4的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折線，使用寬度支撐調(diào)整寬度方向的反變形量到理論值+14mm～+18mm。由于寬度支撐量的加大會(huì)使內(nèi)高降低，所以高度的反變形調(diào)整為理論數(shù)值+10mm左右，重新調(diào)整斜支撐，保證對(duì)角線尺寸。因蓋面焊對(duì)車(chē)體尺寸影響較小，所以待內(nèi)側(cè)焊縫的打底焊接完全冷卻后可以撤除內(nèi)部的所有支撐，便于焊接操作，提高生產(chǎn)效率。

圖4 寬度尺寸折現(xiàn)圖

圖5 車(chē)體箱體尺寸控制

待所有焊縫冷卻至室溫，就形成了最終箱體的斷面尺寸，最后可通過(guò)局部的機(jī)械調(diào)修或火焰調(diào)修來(lái)實(shí)現(xiàn)寬度和高度的最優(yōu)比（見(jiàn)圖5）。

（3）車(chē)體撓度控制工藝

城際動(dòng)車(chē)組車(chē)體撓度要求為7～13mm，是通過(guò)焊前在底架上預(yù)制一定的反變形來(lái)保證的。依據(jù)其他種類(lèi)鋁合金車(chē)體制造經(jīng)驗(yàn)，在車(chē)體組成工裝上預(yù)制一個(gè)合理的反變形（a=13mm），利用水準(zhǔn)儀精確測(cè)量各支撐面的高度差值，在每個(gè)對(duì)稱的門(mén)口處增加橫梁下拉裝置（見(jiàn)圖6），保證底架邊梁下面和定位支撐塊密貼。車(chē)體撓度的尺寸應(yīng)盡量控制在中差，不可過(guò)大也不可過(guò)小，過(guò)大會(huì)由于下拉值過(guò)大，影響車(chē)體的高度，過(guò)小會(huì)使在滿載情況下，車(chē)體中部下垂量大，縮短車(chē)體的壽命。

圖6 撓度尺寸控制

車(chē)體撓度的控制不僅僅是要控制底架下拉的撓度，還要控制側(cè)墻的撓度值，以保證在底架下拉狀態(tài)下，側(cè)墻和底架間裝配出均勻的間隙，從而保證焊縫的質(zhì)量。側(cè)墻的撓度值需要在側(cè)墻組焊時(shí)通過(guò)工裝上預(yù)制反變形來(lái)實(shí)現(xiàn)，在車(chē)體組裝階段在窗口處設(shè)置了側(cè)墻窗口下拉裝置，保證和底架間的裝配間隙，也保證了焊接完成后車(chē)體撓度值的形成，通常側(cè)墻的撓度值在8～10mm間最好。

4．結(jié)論

通過(guò)對(duì)城際動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹和分析，確定了車(chē)體關(guān)鍵尺寸的控制要點(diǎn)和制造工藝，保證了城際動(dòng)車(chē)組車(chē)體的質(zhì)量，順利完成了鋁合金車(chē)體的生產(chǎn)制造。□