有軌電車車架端梁制作工藝研究

1.前言

常州市經(jīng)開區(qū)即將啟動建設(shè)有軌電車1號線，我司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制作軌電車1號線所用車輛。此型有軌電車為100%低地板有軌電車，五模塊編組，轉(zhuǎn)向架為兩動一拖。各模塊車輛是通過安裝在車架端部的鉸接機(jī)構(gòu)和減震器以及安裝在端墻上端部的鉸接機(jī)構(gòu)來連接。其中鉸接機(jī)構(gòu)主要是負(fù)責(zé)承受與傳遞牽引力，減震器是車輛在運(yùn)行時(shí)起緩沖減震作用。

2.端梁產(chǎn)品概述

端梁是有軌電車車架的重要部件之一，是安裝鉸接機(jī)構(gòu)和減震器的載體，因此其制作的精度要求非常高，遠(yuǎn)超過車架其它各梁。端梁制作質(zhì)量將直接影響鉸接機(jī)構(gòu)和減震器的安裝，從而影響各車輛是否能順利連接。

此車型的端梁為扁平狀多段拼接的結(jié)構(gòu)，由兩節(jié)側(cè)端部、兩個(gè)安裝座和一節(jié)中部組成，如圖1所示。為了與車架較低的相鄰車輛相連接，安裝座上兩個(gè)用于固定減震器的通孔不是水平放置，而是與朝端梁外側(cè)向下傾斜；中部的前端則是采用下沉式的結(jié)構(gòu)，以保證前端板上用于固定鉸接機(jī)構(gòu)的通孔與相鄰車輛前端板上的孔水平對齊。

為保證鉸接機(jī)構(gòu)和減震器順利安裝，設(shè)計(jì)圖紙對端梁上影響安裝鉸接機(jī)構(gòu)和減震器的關(guān)鍵尺寸要求非常高：①左右兩側(cè)的安裝座上安裝孔中心到中部中心的距離的公差為±0.5mm；②前端板的安裝面與安裝座的上平面垂直度不大于0.5mm；③安裝座的安裝孔中心與安裝座的上平面夾角公差為±10；④安裝座的安裝孔與前端板的安裝孔垂直和水平距離公差都為±0.5mm；⑤

3.端梁制作原工藝方案

端梁制作原工藝方案是比較常規(guī)的工藝方案，制作過程也較簡單。除了增加了安裝座和前端板的組裝工序，整個(gè)工藝方案與一般箱型結(jié)構(gòu)的車架橫梁制作工藝方案梁類似。

3.1 端梁制作用工裝

工裝由中間的組裝胎型和兩側(cè)的電動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。組裝胎型基于端梁正裝的制作方案來設(shè)計(jì)，組裝胎型的底板作為組裝的基準(zhǔn)，其外形貼合端梁下平面，底板還在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行開孔，以便于端梁下平面焊縫能在組裝胎型上施焊。組裝胎型側(cè)邊四周安裝有可調(diào)的頂緊裝置和夾具來限制和固定立板和上蓋板。由于前端板和安裝座的定位要求較高，組裝胎型的前部裝有靠山來保證前端板的定位尺寸和垂直度，靠山兩側(cè)裝有定位銷來定位安裝座。電動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)則保證端梁組裝完成后可在組裝胎型上進(jìn)行全位置的焊接。

3.2 端梁制作過程

端梁所有零件按設(shè)計(jì)圖紙制作完成后，首先中部下蓋板放入工裝，安裝座的安裝孔套入工裝上的兩個(gè)定位上并用夾具固定，接著依次安裝側(cè)中部的立板和隔板與側(cè)端部的下蓋板、立板和隔板，并用頂緊裝置頂緊；然后對端梁內(nèi)腔各焊縫進(jìn)行焊接，再安裝側(cè)端部和中部的上蓋板，以及前端板，并對端梁外側(cè)各焊縫進(jìn)行焊接；最后對焊接導(dǎo)致的端梁變形進(jìn)行矯正處理。

3.3 原工藝方案存在的問題

原工藝方案在實(shí)際實(shí)施過程出現(xiàn)了三個(gè)問題：

（1）本來為了保證安裝座定位要求，工裝上的定位銷與安裝座的孔的配合間隙較小，現(xiàn)由于焊接變形導(dǎo)致工裝上的銷子卡在安裝座的孔中，整個(gè)端梁無法從工裝上正常取下。

（2）端梁從工裝上取下后，由于薄板結(jié)構(gòu)的端梁剛性較差在內(nèi)應(yīng)力的作用下，使其在沒有工裝的約束后發(fā)生了較明顯的變形。

（3）在對端梁變形的地方進(jìn)行火焰加熱矯正和機(jī)械矯正的同時(shí)，會影響端梁其它部位，容易導(dǎo)致部分不需要矯正的地方在矯正時(shí)也發(fā)生變形。

4.改進(jìn)后的端梁制作工藝方案

4.1 改進(jìn)后工藝具體方案

（1）對端梁組裝用工裝進(jìn)行改造。拆除定位安裝座用的銷子，安裝座的定位改用止擋，止擋安裝在兩個(gè)安裝座的內(nèi)檔，主要控制安裝座的開檔距離；前端板的定位靠山改為可調(diào)的頂緊裝置，便于后面前端板的安裝。

（2）安裝座和前端板按半成品工藝圖紙制作，其余零件按設(shè)計(jì)圖紙制作。相比設(shè)計(jì)的成品圖紙，安裝座的半成品工藝圖紙取消了安裝座上兩個(gè)安裝孔，并在安裝座的厚度、上平面和前后安裝面都預(yù)留加工余量；前端板的半成品工藝圖紙則是增加了前端板的厚度。

（3）中部的制作及與安裝座組裝和原工藝相類似，兩者組裝后整體進(jìn)行矯正，再按圖紙上長度方向的相關(guān)尺寸加工中部兩側(cè)安裝座的厚度，達(dá)到嚴(yán)格控制兩側(cè)安裝座到中部中心的距離的目的，以保證后期在安裝座上加工的安裝孔與安裝座不偏心。

（4）側(cè)端部與中部及安裝座的組裝也和原工藝方案相類似。

（5）先按圖紙中安裝座高度尺寸一次加工兩個(gè)安裝座的上平面，加工后兩個(gè)安裝座上平面共面，可作為后續(xù)加工的基準(zhǔn)面，然后分別加工安裝座前后安裝面和前端板的安裝面，從而保證安裝座的安裝孔與前端板的安裝孔的水平距離的公差要求和前端板的安裝面與安裝座上平面的垂直度要求。

（6）再以安裝座上平面為基準(zhǔn)面，分別加工安裝座和前端板上的安裝孔，其中由于安裝座上安裝孔為斜孔，而且又細(xì)又長，加工難度較大，進(jìn)口偏一點(diǎn)出口就會差很多，因此盡管其中安裝座的前安裝面凹在中部和側(cè)端部的中間，加工的難度會更大，但為保證各孔的公差要求還是應(yīng)盡量在前安裝面鉆孔。

4.2 改進(jìn)后工藝方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）原工藝方案中整個(gè)端梁焊縫施焊太集中，短時(shí)間內(nèi)焊接熱輸入量大，引起的焊接變形也大。改進(jìn)后進(jìn)中部和側(cè)端部的焊縫分別進(jìn)行施焊，每次施焊后都進(jìn)行一次矯正，使焊接變形大大減少。

（2）將端梁上關(guān)鍵尺寸的加工工序后從零件制作階段移到矯正工序的后面，以避免這些關(guān)鍵尺寸不受焊接和矯正的影響，從而有效的保證了端梁的制作精度。

5.結(jié)語

雖然改進(jìn)后的工藝方案制作過程較原工藝方案復(fù)雜，制作流程也長，但改進(jìn)后的工藝方案保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也保證了后面工序的正常進(jìn)行。到2018年底，共完成有16個(gè)端梁的制作，下工序裝車后未反饋問題，改進(jìn)方案達(dá)到預(yù)期改進(jìn)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械制造工藝，清華大學(xué)出版社，2016 [2]材料成型原理，中國鐵道出版社，2002

作者簡介：

史磊（1984-），男，漢族，西南交通大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)，中車戚墅堰機(jī)車有限公司，工程師，主要從事機(jī)車車體鋼結(jié)構(gòu)組裝和焊接工藝研究工作。