關(guān)于高速列車(chē)牽引變壓器主吊梁的研制

郭雪艷，李 衛(wèi)，郭學(xué)彬

(山東諾維科輕量化裝備有限公司，山東 龍口 265705)

高速列車(chē)牽引變壓器作為電力牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是列車(chē)的動(dòng)力來(lái)源。其工作條件較為苛刻，要求安裝便捷、安裝面精度高以及性能良好。

高速列車(chē)牽引變壓器主吊梁(以下簡(jiǎn)稱主吊梁)組成屬于高鐵車(chē)下部件，用于懸掛牽引變壓器設(shè)備，是動(dòng)車(chē)組牽引輔助供電一體式變壓器吊掛裝置。該主吊梁是一種復(fù)雜的框架式吊掛結(jié)構(gòu)，通過(guò)橫向梁結(jié)構(gòu)與縱向梁結(jié)構(gòu)之間的焊接連接，以提高吊掛梁整體的剛度與機(jī)械強(qiáng)度。其需要承受超過(guò)4 t載荷，同時(shí)承受EN12663標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加速度載荷和非正常工況載荷，是重要的受力部件[1]。

1 結(jié)構(gòu)組成

主吊梁包括多個(gè)交叉連接的橫梁和縱梁，橫梁之間保持相互平行，縱梁之間保持相互平行，在橫梁與縱梁之間的連接端進(jìn)行焊接?？v梁與橫梁的定義是按照安裝時(shí)與車(chē)體所呈縱向或橫向方向來(lái)劃分的。橫梁與縱梁采用焊接連接方式，再輔以補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)。

兩縱梁分別設(shè)置在兩側(cè)，相互平行，縱梁的側(cè)面通過(guò)中心梁和連接梁相連接，中心梁設(shè)置在中部，連接梁設(shè)置在中心梁的兩側(cè)。中心梁和連接梁相互平行，且中心線與縱梁的中心線相互垂直。

縱梁是大壁厚的方管，兩端插入橫梁側(cè)向U型凹槽內(nèi)，通過(guò)焊接相連接?？v梁與兩側(cè)橫梁在內(nèi)側(cè)夾角處采用7系鋁板焊接，起加強(qiáng)、穩(wěn)定作用。中心梁與縱梁在高度方向上使用U型型材銑出斜面進(jìn)行焊接加固。

該主吊梁結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度大、剛度高、抵抗變形能力強(qiáng)和安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)了其使用壽命。

2 生產(chǎn)工藝

焊接后對(duì)于外形尺寸的要求相當(dāng)嚴(yán)格，而焊接產(chǎn)品又一定會(huì)產(chǎn)生變形，為此在制作工作試件時(shí)，測(cè)量焊縫收縮量，做相關(guān)尺寸記錄，根據(jù)收縮數(shù)據(jù)和變形量綜合焊接質(zhì)量，確定單件加工尺寸及焊接組裝尺寸和形式。為了控制焊接變形，保證工件焊后尺寸，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)式焊接工裝進(jìn)行定位、裝夾。為避免熱輸入過(guò)大和集中，制定合理的焊接參數(shù)和焊接順序。

2.1 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2.2 翻轉(zhuǎn)式焊接工裝

翻轉(zhuǎn)式焊接工裝如圖2所示。采用移動(dòng)式升降變位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將頭架和尾架推到工作位后，把一體式支承架安裝到2個(gè)升降架的圓盤(pán)上，就可以控制升降到一定高度并回轉(zhuǎn)到任意角度[2]。一體式支承架采用框架式鋼結(jié)構(gòu)，支承架上面設(shè)置工件縱梁、橫梁的側(cè)向定位塊，設(shè)計(jì)定位塊位置時(shí)將工藝放量計(jì)算在內(nèi)。為了保證產(chǎn)品最終平面度，支承架上表面用沉頭螺栓固定鋁板，然后數(shù)控銑出基準(zhǔn)面，將橫梁、縱梁放置在銑好的基準(zhǔn)面上。相應(yīng)定位塊位置設(shè)置壓緊機(jī)構(gòu)、頂緊機(jī)構(gòu)，所有與工件接觸的定位塊、夾緊塊采用鋁合金材質(zhì)，厚度≥20 mm，以避免對(duì)工件的劃傷。通過(guò)這些方案可以實(shí)現(xiàn)主吊梁的橫梁、縱梁變位焊接，減小了焊接變形，且主體結(jié)構(gòu)加工比較簡(jiǎn)單，成本低，效率高。

圖2 翻轉(zhuǎn)式焊接工裝

2.3 制造過(guò)程

制造過(guò)程如下。

1)橫梁兩端和補(bǔ)強(qiáng)板焊接時(shí)補(bǔ)強(qiáng)板懸空，為了保證焊縫質(zhì)量，在焊縫位置下側(cè)安裝鋁合金臨時(shí)墊板，補(bǔ)強(qiáng)板和橫梁連接處留0.5～1 mm間隙。

2)將中間的1根中心梁、3根連接梁兩端按照?qǐng)D樣定尺，打磨好坡口；然后將兩端點(diǎn)固永久襯墊，襯墊往外分別頂出1 mm(為了方便焊縫熔透，將永久襯墊設(shè)計(jì)為溝槽型)；最后把這些梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。

3)將2根縱梁兩端按照?qǐng)D樣定尺，打磨好坡口，然后將兩端內(nèi)部豎直面上點(diǎn)固永久襯墊，襯墊往外分別頂出2 mm(為了方便焊縫熔透，將此永久襯墊設(shè)計(jì)為溝槽型)；最后把這2根縱梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。通過(guò)中心梁、連接梁的尺寸將兩縱梁中心尺寸調(diào)整為2 088 mm。

4)把最外側(cè)2根端橫梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。通過(guò)縱梁的尺寸將兩端最外側(cè)橫梁中心尺寸調(diào)整為3 360 mm。

5)把所有設(shè)置夾緊機(jī)構(gòu)的位置牢固夾持，為了防止兩端最外側(cè)橫梁甩頭，在翻轉(zhuǎn)式焊接工裝上設(shè)計(jì)反變形機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際情況做出5～20 mm反變形量。

6)先焊接各零件的立角焊縫，再焊接平角焊縫，最后焊對(duì)接焊縫。待冷卻后松開(kāi)夾緊螺桿，測(cè)量各部位尺寸和對(duì)角線尺寸，如對(duì)角線差>1 mm，則進(jìn)行校正，且保證校后與墊塊接觸平面的平面度<2 mm，縱梁兩端面平行度<2 mm。

7)焊后整體加工，加工時(shí)底部布置4排橫梁做支承，支承處使用壓板壓緊。為了達(dá)到加工尺寸，避免剛度不夠造成結(jié)構(gòu)變形，設(shè)計(jì)了可調(diào)式加工工藝承桿(見(jiàn)圖3)來(lái)控制尺寸和增強(qiáng)剛度。

圖3 加工工藝承桿

3 焊縫質(zhì)量控制

3.1 制作工作試件

模擬實(shí)物焊制接頭試樣，通過(guò)焊制工作試件，驗(yàn)證了焊接工藝參數(shù)、焊工操作技能及接頭設(shè)計(jì)的合理性，更好地保證了焊接質(zhì)量，使焊縫達(dá)到了規(guī)定的質(zhì)量等級(jí)要求。接頭宏觀形貌如圖4所示。

圖4 接頭宏觀形貌

3.2 焊縫設(shè)計(jì)及過(guò)程控制

該產(chǎn)品焊接厚度較厚，其中的開(kāi)坡口角焊縫多為深熔透形式，所以把焊縫設(shè)計(jì)為多層多道，焊接過(guò)程中的焊縫處理(包括雙面焊焊縫的清根處理、層間溫度控制和焊接參數(shù)等)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求控制到位。

該產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，檢驗(yàn)貫穿于焊接全過(guò)程，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，對(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行返修，確保焊接結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量，保證車(chē)輛安全運(yùn)行[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研制了襯墊的結(jié)構(gòu)形式和焊接方式；設(shè)計(jì)了理想的翻轉(zhuǎn)式焊接工裝，避免了多次裝夾造成的變形不規(guī)律，提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；研發(fā)了方便移除、可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的加工工藝承桿。