時(shí)速160 km“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組控制車車體總成工藝淺談

謝紹興 辛志斌 范欽磊 王善俊 閆學(xué)良

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司技術(shù)工程部 江蘇 南京 210031)

時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組屬于全新的重大研制項(xiàng)目，是普速鐵路提檔升級(jí)的重要支撐裝備，屬于“復(fù)興號(hào)”系列，其研制輸出是快速化鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)需求的必然趨勢(shì)，該動(dòng)力集中電動(dòng)車組分為短編組和長(zhǎng)編組2種類型，其中：短編組含控制車、普通座車、普通座車播音車、餐座合造車(餐吧式)，長(zhǎng)編組含普通座車、普通臥車、包間臥車、餐座合造車(廚房式)。8種車型中，控制車車體制造難度最大，以下將針對(duì)該車型的車體結(jié)構(gòu)及組裝焊接工藝進(jìn)行分析。

1 控制車車體介紹

車體鋼結(jié)構(gòu)主要材質(zhì)為鎳鉻系耐候鋼，另外還有部分普通碳素鋼、不銹鋼，結(jié)構(gòu)采用筒形整體承載結(jié)構(gòu), 主要由底架、側(cè)墻、車頂、端墻、司機(jī)室結(jié)構(gòu)等組成，主要焊接方式為熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊(MAG)，焊縫接頭包含T型接頭、板對(duì)接等。車體采用模塊化和輕量化設(shè)計(jì)、制造，各模塊間通過焊接連接成一個(gè)整體?？刂栖囓圀w外輪廓如圖1所示。

圖1 控制車車體外輪廓

控制車車體總成組焊工藝主要是將底架、側(cè)墻、端墻、車頂、司機(jī)室鋼骨架、排障器及司機(jī)室裙板七大部件組裝焊接成一體后，通過調(diào)修保證尺寸及外觀質(zhì)量，工藝流程如圖2所示。

圖2 控制車車體組焊工藝流程

2 大部件的主要結(jié)構(gòu)及制造工藝特點(diǎn)概述

(1)底架鋼結(jié)構(gòu)。主要由前端、(司機(jī)室)邊梁、端牽枕、橫梁、中部構(gòu)架、地板及配件等組成，相互之間通過焊接連為一體；底架鋼結(jié)構(gòu)組焊工藝分為液壓正裝(零件散裝為整體框架)、簡(jiǎn)易正裝(地板鋪裝及反面焊縫焊接)及翻轉(zhuǎn)(實(shí)現(xiàn)焊縫處于平焊或橫焊位置)三道工序；與車體總成組焊接口中，關(guān)鍵要素為二位端司機(jī)室周邊，主要關(guān)聯(lián)部位為底架前端組成、(司機(jī)室)邊梁及枕梁。

(2)側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)。主要由4個(gè)中部骨架、2個(gè)端部骨架、墻板、上邊梁及門框等零部件組成，骨架由乙型立柱和縱梁組成，梁柱之間通過焊接聯(lián)接成一個(gè)整體框架，墻板和梁柱之間采用塞焊連接。側(cè)墻上下邊緣100 mm范圍內(nèi)設(shè)置縱向梁，增加墻板的剛度，窗上、窗下及窗間設(shè)置縱向梁，提高墻板的穩(wěn)定性；梁柱采用乙型斷面，提高側(cè)墻下口的耐腐蝕性能；先通過小骨架組裝工裝對(duì)6個(gè)小骨架組焊、再進(jìn)行調(diào)修，然后將小骨架在大骨架反裝胎位組焊成大骨架，再通過專用吊具吊運(yùn)至側(cè)墻漲拉胎進(jìn)行側(cè)墻板、骨架、門框、配件整體組裝，然后打磨配切形成側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)。

(3)車頂鋼結(jié)構(gòu)。由側(cè)頂板模塊、彎梁、縱梁、中頂板、平頂?shù)冉M成，彎梁與中頂板采用段焊連接，與側(cè)頂板采用塞焊或段焊，側(cè)頂模塊由側(cè)頂板、邊梁、小彎梁及縱梁組成。彎梁與側(cè)墻立柱按斷面匹配理念設(shè)計(jì)，提高車體的強(qiáng)度和抗扭轉(zhuǎn)性能；車頂邊梁采用4 mm C型輥彎件；車頂彎梁采用帽型斷面，板厚為2 mm；側(cè)頂板為2 mm輥彎成型件，中頂板采用2 mm的薄板拼接；車頂平頂或圓頂設(shè)置活蓋，方便整體衛(wèi)生間等大設(shè)備吊入車內(nèi)；車頂端部為安裝空調(diào)設(shè)置平頂。平頂向兩側(cè)設(shè)置斜度，方便排水，提高車頂?shù)姆栏阅?。先通過平頂、中部端頂及側(cè)頂模塊的獨(dú)立組焊后，至車頂反裝胎與中頂板及大彎梁等組成，再通過專用吊具翻轉(zhuǎn)后吊運(yùn)至車頂正裝胎對(duì)中頂板、側(cè)頂板等相鄰正面焊縫進(jìn)行焊接。與車體總成組焊接口中，難度最大的為圓頂板與司機(jī)室鋼骨架彎梁的圓弧過渡。

(4)端墻鋼結(jié)構(gòu)。由風(fēng)擋框、乙型立柱縱梁、墻板、端角柱和端頂?shù)冉M成，梁柱之間采用焊接，端墻板和梁柱主要采用塞焊。風(fēng)擋框采用箱形斷面；端頂彎梁為角型拉彎件，與車頂板和端墻板連接處刨槽，頂板和墻板與之搭接焊，焊后磨平，提高車體外觀的美觀性；先通過風(fēng)擋框及端頂?shù)莫?dú)立組焊調(diào)形后，至端墻組焊胎與梁柱及墻板等組焊。

(5)司機(jī)室鋼骨架。主要由司機(jī)室內(nèi)端墻、司機(jī)室骨架、司機(jī)室蒙皮等整體組焊而成。司機(jī)室骨架采用高強(qiáng)度鋼，滿足司機(jī)室端部壓縮的要求；司機(jī)室整體結(jié)構(gòu)采用流線型設(shè)計(jì)；司機(jī)室設(shè)置彎梁及上邊梁滿足強(qiáng)度及玻璃鋼罩安裝要求；與車體總成組焊接口中，關(guān)鍵要素為司機(jī)室高度、長(zhǎng)度、圓弧及下口直線度。

3 車體總成、調(diào)修工藝淺談及難點(diǎn)分析

車體總成主要是將底架鋼結(jié)構(gòu)、側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)、車頂鋼結(jié)構(gòu)、端墻鋼結(jié)構(gòu)及司機(jī)室鋼骨架五大部件通過專用工裝組裝、焊接成一體，形成車體鋼結(jié)構(gòu)框架，再進(jìn)行火焰調(diào)修。五大部件組焊完成后，分別利用專用吊具轉(zhuǎn)運(yùn)至車體總成胎，找平底架兩端枕外高低水平，車中至枕中均布起撓度，最高點(diǎn)為車中10 mm，依次組裝一位端端墻、側(cè)墻及門框，同步開展二位端司機(jī)室鋼骨架及裙板等部件尺寸調(diào)整，主要難點(diǎn)有司機(jī)室鋼骨架定位、與底架前端的接口配合、裙板組裝精度等。

3.1 司機(jī)室鋼骨架定位

3.1.1主要控制項(xiàng)點(diǎn)

主要控制項(xiàng)點(diǎn)與配合接口要求如表1所示。

3.1.2問題統(tǒng)計(jì)及解決措施

經(jīng)連續(xù)10輛車的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)上述3條控制項(xiàng)點(diǎn)都有發(fā)生，且存在同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象(見表1)。

表1 司機(jī)室鋼骨架控制項(xiàng)點(diǎn)

項(xiàng)點(diǎn)1中的司機(jī)室鋼骨架與車頂圓弧高低超差的有3輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到10 mm，原因?yàn)樗緳C(jī)室高度尺寸小于公差值以及接口處車頂圓弧高度偏大，現(xiàn)場(chǎng)車輛通過調(diào)修兩接口至圓滑過渡，源頭解決措施為控制司機(jī)室高度，即修正影響司機(jī)室高度的隔墻組焊工裝，增加高度定位止擋，調(diào)整隔墻處零件長(zhǎng)度下料尺寸，按正公差放量，保證司機(jī)室高度為合理的正公差值；同時(shí)接口處的圓頂弧度在脫離工裝時(shí),增加橫向工藝撐，以保證弧度。

項(xiàng)點(diǎn)2中的司機(jī)室鋼骨架兩側(cè)墻板與底架邊梁間隙超差的有3輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到8 mm，原因?yàn)樗緳C(jī)室兩側(cè)墻板及立柱高度超差，現(xiàn)場(chǎng)車輛通過接口處增加同材質(zhì)墊板內(nèi)外滿焊過渡，源頭解決措施為調(diào)整兩側(cè)墻板及立柱下料尺寸，確保與隔墻立柱下口平齊或脫出1～2 mm；修正司機(jī)室總成工裝，保證預(yù)留出兩側(cè)墻板與立柱的高度空間。

項(xiàng)點(diǎn)3中的司機(jī)室鋼骨架前部斜端板與底架前端接口處間隙超差的有2輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到15 mm，原因?yàn)榍安啃倍税宥ㄎ怀叽绯?，現(xiàn)場(chǎng)車輛通過下移接口處斜端板連接角鐵，源頭解決措施為修正司機(jī)室總成工裝，增加前端傾斜斜面仿形定位插板，保證前部斜端板定位角度和尺寸。

3.2 司機(jī)室裙板組裝

3.2.1主要控制項(xiàng)點(diǎn)

須保證排障器、開閉罩等接口符合要求，如上下、左右安裝眼孔，與排障器圓弧圓滑過渡，與前端邊梁接口圓滑過渡等。主要控制項(xiàng)點(diǎn)與配合接口要求如表2所示。

表2 司機(jī)室裙板控制項(xiàng)點(diǎn)

3.2.2問題統(tǒng)計(jì)及解決措施

經(jīng)連續(xù)10輛車的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)上述3條控制項(xiàng)點(diǎn)都有發(fā)生，且存在同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。

項(xiàng)點(diǎn)1中的司機(jī)室裙板與排障器圓弧錯(cuò)口的有4輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到6 mm，原因?yàn)樗緳C(jī)室裙板弧度超差，現(xiàn)場(chǎng)車輛通過調(diào)修裙板下口翻邊修正弧度，源頭解決措施為修正裙板組焊工裝，分段增加裙板仿形定位圓弧插塊，保證裙板圓弧與仿形塊密貼壓緊后組裝焊接。

項(xiàng)點(diǎn)2中的司機(jī)室裙板眼孔偏差的有2輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到10 mm，原因?yàn)檠劭准庸こ叽绯罴盎《刃拚蟮年P(guān)聯(lián)眼孔偏移，現(xiàn)場(chǎng)車輛對(duì)裙板兩側(cè)均布擴(kuò)孔，源頭解決措施為在確?；《鹊那疤嵯?，利用激光下料制作裙板眼孔開孔樣板。

項(xiàng)點(diǎn)3中的司機(jī)室裙板與前端邊梁錯(cuò)口的有5輛車，最大超差數(shù)值達(dá)到5 mm，原因?yàn)槿拱迮c前端邊梁接口處直線度達(dá)6 mm，現(xiàn)場(chǎng)車輛對(duì)裙板急彎處開缺口、釋放應(yīng)力后調(diào)修直線度，源頭解決措施為將裙板蒙皮及骨架立柱高度方向放長(zhǎng)5～10 mm，蒙皮組焊后上平臺(tái)檢測(cè)直線度后整體修配。

3.3 難點(diǎn)分析

車體調(diào)修目的是應(yīng)力釋放及保證車輛的整體視覺效果，為達(dá)到車體側(cè)墻板外觀平面度不大于1 mm/m的要求，于側(cè)墻板零件成型、側(cè)墻小骨架組焊成型調(diào)修及大骨架成型調(diào)修開始控制，該過程盡量采用機(jī)械調(diào)修方法，如大面壓力調(diào)形、局部反變形配合墊板錘擊等，在零件及部件等基礎(chǔ)工序平面度控制滿足要求的前提下，對(duì)整車總成后進(jìn)行火焰矯正，利用烤火板及具有基準(zhǔn)平面的電磁鐵對(duì)側(cè)墻板進(jìn)行內(nèi)外吸附，控制烤火溫度及時(shí)間，配合澆水激冷從而使側(cè)墻板收緊，該火焰矯正方法又稱電磁矯正，原理是閉合磁力開關(guān)后，矯正烤火板、側(cè)墻板及電磁鐵使其緊密吸附，通過點(diǎn)狀火焰加熱后冷卻形成冷縮應(yīng)力，從而達(dá)到矯正變形的目的。注意矯正墻板之前，須確保墻板上的梁柱平直。其中司機(jī)室鋼骨架處直線段按此調(diào)修，非直線度須在部件成型時(shí)滿足樣板間隙要求。

4 結(jié)束語

根據(jù)時(shí)速160 km“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組控制車車體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出總成組焊的控制難點(diǎn)、頻發(fā)問題及相應(yīng)的解決措施，為新車型的制造解決了實(shí)際問題，于試制及小批量生產(chǎn)中逐步完善，實(shí)現(xiàn)了大批量產(chǎn)品的有序生產(chǎn)及節(jié)拍的穩(wěn)定性?！?/p>