STX4型馱背多功能運(yùn)輸車車體制造工藝

董建峰 鄭國慶 孫 浩 王雪麗

(中車山東機(jī)車車輛有限公司 山東 濟(jì)南 250022)

馱背運(yùn)輸是一種公路和鐵路聯(lián)合的運(yùn)輸方式，貨運(yùn)汽車或集裝箱運(yùn)輸車可直接開上火車車皮運(yùn)輸，到達(dá)目的地再從車皮上開下。該運(yùn)輸方式運(yùn)用于鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，在北美和歐洲已經(jīng)十分普遍。鐵路馱背運(yùn)輸作為多式聯(lián)運(yùn)和門到門運(yùn)輸?shù)闹匾M織形式，兼具經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保、安全可靠等特點，為貨主提供全程“一票式”服務(wù)，實現(xiàn)鐵路貨物運(yùn)輸和公路貨物運(yùn)輸?shù)摹盁o縫”銜接，運(yùn)輸效率極大提高，對降低物流成本、減少能源消耗及污染物排放等具有重要的意義。

中車山東機(jī)車車輛有限公司自行研制的STX4型馱背多功能運(yùn)輸車能夠滿足集裝箱運(yùn)輸以及半掛車的運(yùn)輸，為公司新增的自主設(shè)計車型，提升了市場競爭力。圖1所示為STX4型馱背多功能運(yùn)輸車。

圖1 STX4型馱背多功能運(yùn)輸車

1 車體主要結(jié)構(gòu)特點

該車車體為全鋼焊接的整體承載結(jié)構(gòu)，由牽引梁、端梁、側(cè)梁、枕梁、大橫梁、地板、凹底橫梁等部件組成。車體主要材料為Q45ONQR1、Q450AW或Q450EW高強(qiáng)度耐候鋼。牽引梁采用雙腹板與下蓋板、地板組焊成箱型結(jié)構(gòu)，大橫梁為雙腹板箱型結(jié)構(gòu)，側(cè)梁為上蓋板、連接板、加強(qiáng)板等組焊而成的板柱式結(jié)構(gòu)，車體上設(shè)有集裝箱鎖閉裝置，兩端各設(shè)有2個推拉翻轉(zhuǎn)鎖，中間設(shè)有4個懸臂翻轉(zhuǎn)鎖，鎖頭均為鷹頭鎖。能夠滿足運(yùn)輸2只20 ft國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱/1只40 ft國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱或1只45 ft國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的要求。該車設(shè)置8個原位翻轉(zhuǎn)鎖，4個懸臂翻轉(zhuǎn)鎖，需要重點控制各種形式下的型式尺寸以及鎖座高度差。底架設(shè)置有車輛定位裝置安裝接口及相應(yīng)的防護(hù)裝置，車輛端部安裝衛(wèi)星精確定位裝置。輪胎固定裝置主要由3個固定卡座、2個活動卡座、卡座支撐橫梁、地板及滑軌機(jī)構(gòu)組成?？蓾M足裝載車輛長度10 m～13.75 m的半掛車的輪胎固定要求。活動鞍座主要由鞍座、鏈條、軌道、操作桿、鏈輪等組成?；顒影白筛鶕?jù)半掛車型號的不同調(diào)整其位置及高度?；顒影白休d面距凹底承載面高度為1 200 mm，可適用于半掛車50號牽引銷的鎖閉。

2 車體制造工藝難點及解決措施

該車底架長度為16 278 mm，心盤距為13 122 mm，凹底長度為8 212 mm，凹底高度為840 mm，在鐵路貨車系列中屬于長大車型。該車采用凹底無中梁車體結(jié)構(gòu)，主要承載部位為側(cè)梁組成，是由上蓋板、連接板、加強(qiáng)板等組焊而成的板柱式結(jié)構(gòu)。側(cè)梁全長為16 258 mm，主要由加強(qiáng)梁、側(cè)梁(1)、側(cè)梁(2)拼接組焊而成，其中側(cè)梁(2)長度為8 006 mm，較為長大，需要進(jìn)行3段拼焊。整條側(cè)梁縱向由6段組焊而成，需要重點控制焊接變形及撓度。加上輪胎固定裝置及活動鞍座的設(shè)計，增加了車體的整體制造難度。下面主要介紹該車車體制造過程中的難點及工藝上采取的主要措施。

2.1 牽引梁組成

STX4型馱背多功能運(yùn)輸車車體采用無中梁凹底結(jié)構(gòu)，為了與車體中部凹型底架相連接，端部底架采用了斜面結(jié)構(gòu)設(shè)計。牽引梁組成作為端部底架的重要組成部分采用直面結(jié)構(gòu)設(shè)計，其既是車輛運(yùn)行過程中縱向傳遞的重要受力部件，又直接影響到車鉤緩沖裝置組成后車鉤的高低。牽引梁結(jié)構(gòu)為板拼焊結(jié)構(gòu)，主要由牽引梁腹板、牽引梁下蓋板、枕梁蓋板、隔板等拼焊而成，板厚為16 mm，雙剖口，焊接量大，這些位置焊接應(yīng)力集中，在自由狀態(tài)下焊接變形較大。

為了解決焊接變形的問題，從下料工序進(jìn)行內(nèi)控，牽引梁腹板由激光切割機(jī)進(jìn)行下料，長度方向按照5 mm的撓度進(jìn)行切割，下蓋板預(yù)制5 mm的撓度。設(shè)計制作了牽引梁組對胎，有便攜式龍門裝置(有頂壓風(fēng)缸)，組對胎本身制作反變形裝置，底面有5 mm撓度接觸塊，下蓋板外側(cè)由壓緊絲杠裝置壓緊，腹板由頂壓風(fēng)缸壓緊，間隙控制在0～1 mm進(jìn)行點焊，然后在壓緊狀態(tài)下完成正面一次焊接，待冷卻4 h以后，上牽引梁翻焊胎固定壓緊后焊接其余焊縫。牽引梁焊接完成后下垂保持在2～3 mm，滿足設(shè)計5 mm的要求，有效控制了牽引梁上翹的問題。

2.2 側(cè)梁組成

該車采用凹底無中梁車體結(jié)構(gòu)，主要承載部位為側(cè)梁組成，是由上蓋板、側(cè)梁、加強(qiáng)梁、連接板、加強(qiáng)板、補(bǔ)強(qiáng)板、補(bǔ)板等組焊而成的板柱式結(jié)構(gòu)，全長約16 m。由于側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)為板拼焊結(jié)構(gòu)，側(cè)梁、加強(qiáng)梁、連接板、加強(qiáng)板、補(bǔ)強(qiáng)板、補(bǔ)板為雙坡口焊接，焊接量大，熱輸入高，焊接變形難以控制。而鎖閉裝置位于側(cè)梁上平面，因此要控制側(cè)梁的整體高度一致。對側(cè)梁的撓度、焊接的變形、鎖閉裝置安裝位置高度差的控制是工藝控制的重點及難點。

為了有效控制側(cè)梁組成的變形和撓度，應(yīng)該從制作反變形和優(yōu)化焊接工藝兩方面著手，側(cè)梁三維圖如圖2所示。

圖2 側(cè)梁三維圖

2.2.1側(cè)梁變形的控制

(1)設(shè)計制作單根側(cè)梁組對胎，在組對時設(shè)置預(yù)撓，在適當(dāng)位置設(shè)置壓緊裝置，中部缺口處設(shè)工藝撐桿，保證組對精度。為減少焊接變形，在側(cè)梁兩端各增設(shè)了3處工藝筋板。通過組對胎的控制，保證側(cè)梁上撓12 mm～18 mm。

(2)設(shè)計制作單根側(cè)梁調(diào)修胎，在組焊后對側(cè)梁的扭曲變形、側(cè)撓進(jìn)行調(diào)修，保證側(cè)梁的直線度不大于5 mm。

(3)設(shè)計制作側(cè)梁組對胎，用于側(cè)梁組成的組對。通過組對胎的定位壓緊裝置提高側(cè)梁組成的組裝精度。在中部加強(qiáng)梁的適當(dāng)位置設(shè)置4根工藝撐桿，在側(cè)梁組裝完成后將缺口處的車體寬度撐至要求寬度的上限加30 mm，保證在拆除撐桿后車體寬度能回收至要求的范圍內(nèi)。在側(cè)梁中部的下翼緣的適當(dāng)位置設(shè)置3根工藝?yán)瓧U，將兩側(cè)梁下翼緣的寬度拉至要求寬度的下限減20 mm，保證在拆除拉桿后下翼緣的寬度能回到要求的范圍內(nèi)。

(4)側(cè)梁缺口處需焊接鎖座，且為了保證鎖座的強(qiáng)度，設(shè)置了補(bǔ)強(qiáng)板，焊接量很大，直接焊接容易造成缺口處內(nèi)收，使側(cè)梁的撓度變小。為此，在組焊鎖座時，兩側(cè)均增加頂起裝置，安裝撓度控制，使頂起撓度控制在12～18 mm，保證焊接完成后側(cè)梁的撓度不會變化。

2.2.2優(yōu)化焊接工藝

(1)由于側(cè)梁與加強(qiáng)梁為單側(cè)長大焊縫，容易造成側(cè)梁下翼緣變形外張。此焊縫在單根側(cè)梁組焊時控制難度很大，經(jīng)過分析，決定將此焊縫的焊接調(diào)整至底架翻轉(zhuǎn)焊接工序，由于在側(cè)梁組成組對工序已經(jīng)設(shè)置了側(cè)梁下翼緣工藝?yán)瓧U，可以有效地減少此焊縫對下翼緣變形的影響。另外，在此工序可以將焊縫轉(zhuǎn)至平焊位置，更有利于提高焊接質(zhì)量。

(2)將底架附屬件的劃線組焊設(shè)置在翻轉(zhuǎn)工序，既便于劃線組對，又增加了底架翻轉(zhuǎn)向下的時間，利用車體自重使側(cè)梁組成的撓度趨向于變大。

(3)由于加強(qiáng)板在側(cè)梁中部，且焊縫較為長大，容易使側(cè)梁撓度變小。通過將此焊縫的焊接順序和焊接方向進(jìn)行調(diào)整，減少了對側(cè)梁撓度的影響。

2.3 底架組成

該車型底架由牽引梁組成、枕梁組成、側(cè)梁組成、大橫梁、端梁、地板組裝和焊接而成，該車型底架為無中梁凹底結(jié)構(gòu)，為了與車體中部凹型底架相連接，端部底架采用了斜面結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)的限制，需要按模塊進(jìn)行組裝，各模塊連接部位間隙及各項尺寸很難得到保證，底架組對的尺寸直接影響后續(xù)鎖閉裝置的安裝及活動鞍座的安裝，是工藝控制的重點及難點。

為了解決這個問題，底架組裝時要以鎖座安裝位置對角線為基準(zhǔn)進(jìn)行組裝，以保證后序組裝鎖閉裝置時的對角線要求。底架組對胎上設(shè)置側(cè)梁高度檢測點，用以檢測鎖座安裝處的側(cè)梁高度，同時要將兩側(cè)梁撓度控制在2～10 mm范圍內(nèi)，并調(diào)整至數(shù)值基本相同，以保證后序組裝鎖閉裝置時的承載面高低差不大于6 mm的要求。底架翻焊時，底架翻轉(zhuǎn)180°后采用頂鎬形式將側(cè)梁頂至水平后再進(jìn)行焊接，避免焊接后側(cè)梁撓度過大。底架鋪地板時，將底架中心位置中梁、側(cè)梁頂起形成拱形，心盤位置與工裝剛剛接觸為宜，地板正面焊接時同樣將底架中心位置中梁、側(cè)梁頂起形成拱形，心盤位置與工裝剛剛接觸，可以有效防止焊接過程中受重力影響下垂。焊接完成后通過矯正胎矯正控制底架撓度在12～18 mm，鎖閉位置安裝面高低差不超過2 mm，Ⅰ位端活動鞍座安裝面平面度控制在5 mm。為控制端部地板平面度，采用埋弧焊接的形式，下部采用工藝筋板進(jìn)行固定，焊接完成后去除，可以有效控制地板平面度。圖3所示為車體鋼結(jié)構(gòu)三維圖。

圖3 車體鋼結(jié)構(gòu)三維圖

2.4 鎖閉裝置組裝

鎖閉裝置是集裝箱安裝定位裝置，通過鎖閉裝置固定集裝箱，防止集裝箱脫出。同時，為保證集裝箱順利放入，吊運(yùn)時不卡滯，需要對鎖閉裝置的精度嚴(yán)格控制，每組鎖頭對角小，直線度、高度差均須控制在2 mm以內(nèi)，國內(nèi)各類集裝箱平車均有成熟的工藝，但SXT4型平車不同于國內(nèi)通用平車，需要在牽引梁制作、側(cè)梁制作及底架組對時進(jìn)行相關(guān)尺寸的控制。如果組成底架以后再進(jìn)行調(diào)整難度很大，所以需要各部件在鎖閉位置的高度一次性進(jìn)行精度控制。底架組對時控制枕梁、橫梁高低差、側(cè)梁對角線、撓度等以保證集裝箱鎖閉裝置的對角線以及承載面高低差符合要求。

2.5 活動鞍座及軌道組成

活動鞍座是馱背運(yùn)輸車上發(fā)明的一種技術(shù)，可以根據(jù)半掛車的長度尺寸，調(diào)整活動鞍座的位置，適用不同長度半掛車的運(yùn)輸需要，同時設(shè)置鎖舌和聯(lián)動鎖閉裝置，使得半掛車牽引座和活動鞍座的連接更為可靠，安全性能提高。所以需要鞍座在鏈條組成上來回往復(fù)運(yùn)動不卡滯。這就要求保證鏈條的平行度、寬度的尺寸以及鞍座本身的組裝質(zhì)量。

為保證鞍座組裝質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制鞍座凹底承載面空車距活動鞍座承載面1 200 mm±2 mm的尺寸。鏈條組成需要在地板鋪裝后進(jìn)行軌道安裝，軌道的平面度、直線度均控制在2 mm以內(nèi)，為防止軌道變形，采用段焊的形式，對中空部位進(jìn)行打膠，保證防腐。活動鞍座及軌道三維圖如圖4所示。

2.6 輪胎固定裝置

輪胎固定裝置是半掛車車輛吊入運(yùn)輸車后，用于固定輪胎的裝置。輪胎固定裝置定位比較重要，其底部采用圓柱銷與地板孔進(jìn)行安裝定位，由于焊接變形會導(dǎo)致安裝時安裝不到位或卡滯。為保證滑動裝置中的定位銷能夠順利進(jìn)行定位，定位銷點固后組裝移動墊塊中的墊板，組裝完成后采用工藝定位裝置固定定位銷位置再進(jìn)行焊接，焊接完成后待冷卻2 h以上，去除定位板。這樣可以有效控制輪胎固定裝置的位置。

圖4 活動鞍座及軌道三維圖

3 結(jié)束語

通過STX4型馱背多功能運(yùn)輸車主要制造工藝、重點難點工藝措施等的實施，有效保證了STX4型馱背多功能運(yùn)輸車的產(chǎn)品質(zhì)量，該制造工藝根據(jù)STX4型馱背多功能運(yùn)輸車圖紙和技術(shù)條件，充分利用公司現(xiàn)有貨車生產(chǎn)工藝裝備，新增或改造部分工藝裝備，即可保證試制生產(chǎn)的順利完成。該制造工藝給國內(nèi)、外相似結(jié)構(gòu)敞車的生產(chǎn)提供了參考價值。□