隨行工裝在高速車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用

畢越寬，崔巖，王超，陳翠梅，王迎春

中車唐山機(jī)車車輛有限公司 河北唐山 063000

1 序言

工裝在制造業(yè)中占有重要地位，工裝的精細(xì)化程度和柔性化水平是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)的基礎(chǔ)，是中國(guó)制造2025的發(fā)展趨勢(shì)。范瑋等人對(duì)轉(zhuǎn)向架柔性化工裝已經(jīng)做了一些研究，為了推進(jìn)高速車轉(zhuǎn)向架智能制造水平，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)[1]。近年來(lái)，隨行工裝被廣泛應(yīng)用于側(cè)梁的焊接生產(chǎn)中，隨行工裝具有接口靈活、定位精確、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)[2]，可提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著軌道交通行業(yè)蓬勃發(fā)展，加之轉(zhuǎn)向架是高速列車重要的承載部件，所以提升轉(zhuǎn)向架的制造水平和焊接質(zhì)量是適應(yīng)國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)日益殘酷的競(jìng)爭(zhēng)的必然需求。

2 側(cè)梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

側(cè)梁是轉(zhuǎn)向架中最為關(guān)鍵的部件之一，不僅連接軸箱與輪對(duì)，同時(shí)還要支撐車體的質(zhì)量。側(cè)梁在高速車運(yùn)行過(guò)程中受到交變載荷作用，受力情況復(fù)雜，所以側(cè)梁的制造質(zhì)量尤為重要。圖1為某型高速車轉(zhuǎn)向架的側(cè)梁，它是由鋼板拼焊組成，通常由上蓋板、下蓋板、腹板、內(nèi)腔隔板、端蓋板、彈簧筒座等部件構(gòu)成。

圖1 某型高速車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁三維模型

該側(cè)梁呈魚(yú)腹型，材質(zhì)為S355J2W耐候鋼板，具有較好的抗大氣腐蝕性能。側(cè)梁長(zhǎng)度約為2665mm，兩端是彈簧筒座，其作用是用來(lái)安裝一系彈簧。側(cè)梁的外側(cè)由四條主焊縫構(gòu)成，坡口形式為10HY+z8，側(cè)梁具有焊縫長(zhǎng)、焊接填充量大等特點(diǎn)，側(cè)梁焊接質(zhì)量和焊后變形量是制造過(guò)程中最重要的兩個(gè)因素。每條焊縫分三層三道焊接，焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 側(cè)梁焊接參數(shù)

3 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式

側(cè)梁外側(cè)長(zhǎng)焊縫由機(jī)械手焊接完成，焊接機(jī)械手配有C型變位機(jī)，主動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)間距3600mm，傳統(tǒng)焊接工裝為一體式結(jié)構(gòu)，如圖2所示，與變位機(jī)的接口盤(pán)位于兩端，在接口盤(pán)上鉆孔，然后通過(guò)螺栓和墊圈將接口盤(pán)與主動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)聯(lián)接。由于工裝的長(zhǎng)度與機(jī)械手轉(zhuǎn)盤(pán)的間距較小，這種工裝安裝時(shí)難度較大。首先需要使用天車吊起工裝，然后由2~3人同時(shí)向變位機(jī)里推送，推送過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工裝磕碰變位機(jī)的情況，對(duì)變位機(jī)的使用壽命和精度造成一定的影響。側(cè)梁焊接完成后，工人要借助扶梯手動(dòng)拆卸工裝的壓緊夾具和頂緊夾具，再將側(cè)梁吊走，然后重新吊入待焊的側(cè)梁，手動(dòng)鎖緊各種夾具后開(kāi)始調(diào)用程序焊接。這種生產(chǎn)方式存在工裝更換難度大，側(cè)梁占用工裝時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，制約企業(yè)的生產(chǎn)效率。

圖2 傳統(tǒng)側(cè)梁焊接工裝

4 隨行工裝

4.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與理念

本著經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的原則，結(jié)合轉(zhuǎn)向架焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝要求，設(shè)計(jì)符合高速車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁隨行工裝。打破原有工裝與焊接機(jī)械手變位機(jī)固定結(jié)合的傳統(tǒng)模式，將工裝與工件優(yōu)化整合，使工裝與工件一同流轉(zhuǎn)，達(dá)到控制變形、提高切換效率的目的。隨行工裝是傳統(tǒng)企業(yè)向智能化制造工廠轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要推進(jìn)因素。隨行工裝在機(jī)加工和汽車制造領(lǐng)域已經(jīng)有了多年的應(yīng)用背景，但在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用還較為新穎。

隨行工裝由L形連接梁、通用母梁、組合夾具三大部分組成，設(shè)計(jì)圖樣如圖3所示。其中L形連接梁與變位機(jī)的主/從動(dòng)盤(pán)連接，使用螺栓鎖緊。通用母梁與L形連接梁使用零點(diǎn)定位夾緊系統(tǒng)連接（見(jiàn)圖4），加上縱向的手動(dòng)鎖緊裝置，在變位機(jī)翻轉(zhuǎn)工作時(shí)可確保安全可靠，不致脫落。

圖3 隨行工裝

通用母梁是承接L形連接梁和組合夾具的載體，它不僅要與L形連接梁安全可靠的連接，同時(shí)還要規(guī)范與組合夾具的接口，通用母梁設(shè)計(jì)圖樣如圖5所示。通用母梁上面有兩條T形槽，組合夾具安裝在該T形槽內(nèi)。由于T形槽寬度和間距是固定不變的，并且?guī)в袠?biāo)尺，有利于組合夾具統(tǒng)形設(shè)計(jì)和安裝，可降低工裝的制造成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。隨行工裝更加適合多品種、小批量的生產(chǎn)模式。

圖4 零點(diǎn)定位夾緊系統(tǒng)

圖5 通用母梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

4.2 隨行工裝特點(diǎn)

（1）提升工裝安裝效率 由于采用了氣動(dòng)裝置，隨行工裝具有安裝簡(jiǎn)單、定位精度高、切換速度快、裝卡簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，可大大提升側(cè)梁的裝夾效率，僅需1人操控天車即可完成安裝，節(jié)約了勞動(dòng)成本，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了工人操作的安全性。

（2）節(jié)省裝夾時(shí)間 使用隨行工裝之前，只能在一根側(cè)梁焊接完成并吊走后才能裝夾下一根側(cè)梁，不僅占用機(jī)械手的工作時(shí)間，也需要很長(zhǎng)的時(shí)間去等待天車。每次裝夾大約需要20min。使用隨行工裝后，在igm機(jī)械手焊接側(cè)梁的同時(shí)，可以在另外的一套工裝上進(jìn)行側(cè)梁的裝夾，側(cè)梁焊接后可立即焊接下一根側(cè)梁（見(jiàn)圖6），不僅可以縮短工件的裝夾時(shí)間，還可以縮短機(jī)械手的等待時(shí)間，更換時(shí)間僅需要4~5min，大大提高焊接生產(chǎn)效率。

圖6 組裝完成的隨行工裝與側(cè)梁

（3）控制焊接變形 側(cè)梁焊接完成后隨同工裝一起拆卸，待側(cè)梁冷卻至室溫后再拆卸，相比于側(cè)梁?jiǎn)为?dú)拆卸后冷卻，隨行工裝對(duì)側(cè)梁的約束作用可以有效抑制其在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的變形。有助于降低側(cè)梁后續(xù)調(diào)修的難度，節(jié)約調(diào)修的周期和成本。

5 應(yīng)用成果與推廣

研究表明，隨行工裝在高速車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁的應(yīng)用效果較好，適應(yīng)產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)需求，同時(shí)在安全、效率、質(zhì)量控制等層面也有不同程度的提高，并且已經(jīng)在CRH3X、B型地鐵、A型地鐵等其他類似產(chǎn)品中得到成功應(yīng)用。隨行工裝規(guī)范了焊接作業(yè)生產(chǎn)，為標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)拍化作業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線的重要保障。在智能制造領(lǐng)域，隨行工裝具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

6 結(jié)束語(yǔ)

1）隨行工裝應(yīng)用在高速車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接生產(chǎn)后，可以有效減少工裝的安裝時(shí)間，提升了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力成本，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)的安全性。

2）側(cè)梁焊接生產(chǎn)時(shí)，隨行工裝可提升側(cè)梁裝夾效率4倍以上。

3）隨行工裝可以有效抑制側(cè)梁在焊后冷卻時(shí)的變形趨勢(shì)，減少焊接后的調(diào)修量，縮短調(diào)修周期并且降低調(diào)修成本。

4）適合多品種、小批量的生產(chǎn)模式。

5）有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)拍化焊接生產(chǎn)作業(yè)。