鋁合金城軌列車減小防爬器組裝間隙的工藝探討

田玉吉 王 洋 徐曉東 王 釗

(青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司 山東 青島 266111)

0 前言

軌道列車的防爬器是安裝在頭車底架端部的一種安全裝置，起到碰撞吸能和防爬效果，因此防爬器對(duì)整個(gè)車體的安全起到舉足輕重的作用[1]，同時(shí)防爬器的安裝定位尺寸，將會(huì)對(duì)周圍相鄰部件的定位安裝產(chǎn)生重要影響。底架作為車體的主要承重部件，其組焊是個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，易受到焊接收縮變形、工裝定位、預(yù)置反變形、組裝工藝及公差累積等不確定性因素的影響，因此組裝防爬器時(shí)需用墊片安裝座組成的機(jī)加工面區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，以保證防爬器的橫向和垂向定位尺寸。下文以某A型鋁合金城軌列車的防爬器安裝為例，對(duì)防爬器組裝產(chǎn)生間隙的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并提出了減小防爬器組裝間隙的優(yōu)化措施，起到了良好的效果。

1 防爬器組裝產(chǎn)生間隙的狀況介紹

圖1 防爬器組裝產(chǎn)生間隙示意圖

2 防爬器組裝產(chǎn)生間隙的原因分析

通過(guò)對(duì)某A型鋁合金城軌列車防爬器安裝情況的批量跟蹤，發(fā)現(xiàn)用墊片調(diào)整后防爬器的組裝間隙尺寸最大為3 mm，最小為0.5 mm，為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證后工序防爬器相鄰部件的順利組裝，現(xiàn)對(duì)組裝產(chǎn)生間隙的問(wèn)題進(jìn)行原因分析。

2.1 防爬器尺寸公差

為使防爬器具有足夠的吸能量和吸能行程，某A型鋁合金城軌列車的防爬器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約1 000 mm，防爬器安裝座平面度不大于1 mm，防爬器垂直度不大于2 mm，防爬器安裝面有微小變形可導(dǎo)致防爬器端部產(chǎn)生較大變形量，因此當(dāng)平面度或垂直度不滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求時(shí)，需使用1 mm調(diào)整墊片。

2.2 前端底架的安裝座機(jī)加工面垂直度

防爬器安裝于前端底架的安裝座組成上，因此 端底架總長(zhǎng)約5 m(除前端地板)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)前端底架整體機(jī)加工。目前的工藝順序?yàn)椋悍琅榔靼惭b座組成焊接及調(diào)修完成后，再進(jìn)行整體機(jī)加工，最后再與牽引梁焊接組成前端底架，因此組裝及焊接變形引起的垂直度偏差約為1 mm，需用1 mm墊片進(jìn)行調(diào)整。

2.3 防爬器垂向定位尺寸

圖紙對(duì)防爬器的垂向間距尺寸H的要求是基于前端地板平面度為零的理想情況，如圖2所示，實(shí)際上，前端地板(地板上平面)的平面度車長(zhǎng)方向上質(zhì)量要求為4 mm/3 m，因此當(dāng)前端地板端部上翹且在公差范圍內(nèi)時(shí)，未考慮防爬器的垂向定位尺寸H是在前端地板平面度為零的前提條件下應(yīng)用，即用墊片進(jìn)行調(diào)整，從而導(dǎo)致間隙的產(chǎn)生。

2.4 下圍板組裝焊接

下圍板連接于安裝座組成的下部，其周圈為11V+a6焊縫(見圖2)，由于多層多道的焊接熱輸入影響，可能會(huì)導(dǎo)致安裝座組成的下方機(jī)加工安裝面向防爬器端變形傾斜，需根據(jù)實(shí)際情況用墊片進(jìn)行調(diào)整。

圖2 防爬器組裝定位尺寸示意圖

綜合以上各個(gè)影響因素的公差累計(jì)，個(gè)別車體的防爬器組裝需用墊片進(jìn)行調(diào)整，墊片總厚度達(dá)3 mm，即在防爬器連接螺栓區(qū)域會(huì)產(chǎn)生因加墊片導(dǎo)致的間隙。

3 減小防爬器組裝間隙的優(yōu)化措施

通過(guò)以上對(duì)防爬器組裝產(chǎn)生間隙的原因分析可知，在防爬器尺寸的內(nèi)因和底架組裝過(guò)程不確定的外因的共同作用下，導(dǎo)致防爬器產(chǎn)生組裝間隙?，F(xiàn)以實(shí)現(xiàn)調(diào)整墊片厚度小于2 mm為目標(biāo)，即防爬器組裝間隙小于2 mm，制定減小防爬器組裝間隙的工藝優(yōu)化措施。

3.1 防爬器尺寸工藝優(yōu)化

防爬器安裝面有微小變形可導(dǎo)致防爬器端部產(chǎn)生較大變形量，現(xiàn)要求防爬器安裝座平面度不大于0.5 mm，減小安裝座平面度對(duì)防爬器端部的影響，同時(shí)給生產(chǎn)配置防爬器來(lái)料復(fù)核檢驗(yàn)樣板，要求防爬器復(fù)核檢驗(yàn)合格后再安裝。

3.2 安裝座組成組焊工藝優(yōu)化

前端底架安裝座組成的機(jī)加工面相對(duì)于與底架正位地板的垂直度，是影響防爬器組裝間隙的最主要決定因素。安裝座組成焊接調(diào)修完成后，對(duì)車鉤板和防爬器安裝面進(jìn)行整體機(jī)加工，然后再與牽引梁進(jìn)行組焊，因此安裝座組成的組焊過(guò)程及其與牽引梁的組焊過(guò)程，共同決定了安裝座組成的機(jī)加工面相對(duì)于底架正位地板的垂直度。鋁合金焊接變形與材料本身剛度、焊接結(jié)構(gòu)是否合理、外加防止焊接變形約束力大小、焊接順序等很多因素有關(guān)，任意改變其中一項(xiàng)則焊接變形隨之改變[2]。安裝座組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：組成板材數(shù)量多、焊縫錯(cuò)綜復(fù)雜且全熔透焊縫多、焊接作業(yè)空間狹窄、焊后尺寸要求嚴(yán)格，這樣給調(diào)修和機(jī)加工造成了很大的難度，間接地影響了安裝座組成的機(jī)加工面相對(duì)于底架正位地板的垂直度，因此對(duì)安裝座組焊制定了工藝流程圖，如圖3所示，安裝座組成前需對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)修處理，安裝座組焊過(guò)程中，需用壓緊臂或壓緊點(diǎn)對(duì)安裝座組成2進(jìn)行定位壓緊，減小因焊縫1～4焊接收縮變形而對(duì)防爬器安裝面平面度造成的影響，同時(shí)明確K型坡口兩側(cè)焊縫焊接方向：內(nèi)坡口焊縫方向與外坡口的焊縫方向相反。在安裝座組成與牽引梁組裝時(shí)，通過(guò)組焊工裝在安裝座組成的下方預(yù)置2 mm的反變形(見圖4)，即預(yù)置反變形后的車體中心線與理論車體中心線的距離a=2 mm，以抵消牽引梁與安裝座組成的焊接變形對(duì)垂直度的影響，前端底架交檢時(shí)，對(duì)安裝座組成的機(jī)加工面(防爬器安裝面)的垂直度設(shè)置特殊質(zhì)量控制點(diǎn)，進(jìn)行質(zhì)量專檢。

圖3 安裝座組成焊接工藝流程圖

圖4 安裝座組成焊接預(yù)置反變形示意圖

3.3 前端底架與底架組焊工藝優(yōu)化

從以上分析可知，由于以前端地板作為防爬器垂向定位尺寸的基準(zhǔn)，因此需控制前端底架與底架組焊后的前端地板平面度，減小因前端地板平面度公差對(duì)防爬器垂向定位尺寸造成的影響。前端地板的平面度工藝要求：車長(zhǎng)方向上平面度為3 mm/3 m，且前端地板端部禁止下?lián)?，在前端底架與底架組焊過(guò)程中，預(yù)置合理的焊接反變形，并調(diào)整焊接工裝定位、卡緊裝置[3-4]，如圖5所示，前端底架與底架定位焊完成后，在工裝壓緊器和法蘭夾持的作用下，預(yù)置合理的反變形量b，使前端地板貼緊于底架工裝的端部橫梁上，焊后調(diào)修使其滿足平面度要求；同時(shí)嚴(yán)格控制下圍板的焊角尺寸，減小熱輸入量，以減小焊接變形對(duì)防爬器安裝產(chǎn)生的影響。

圖5 前端底架預(yù)底架組成焊接預(yù)置反變形示意圖

3.4 防爬器垂向定位尺寸

4 結(jié)論

(1)在前端底架的組裝過(guò)程和底架的組裝過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化防爬器尺寸公差、預(yù)置反變形、制定合理的焊接順序等工藝措施，可以有效減少因焊接變形導(dǎo)致的對(duì)防爬器安裝面垂直度的影響。

(2)防爬器相鄰部件的裝配尺寸經(jīng)驗(yàn)積累，為防爬器在車體豎直方向的定位尺寸提供了重要的參考價(jià)值，有效節(jié)省了作業(yè)工時(shí)，提高了工作效率。

(3)通過(guò)對(duì)影響城軌鋁合金車體防爬器安裝因素的分析，提出了減小防爬器組裝間隙的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)了調(diào)整墊片厚度小于2 mm的目標(biāo)，即防爬器組裝間隙小于2 mm，同時(shí)為其他鋁合金車型的防爬器安裝提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)。