澳大利亞大容積棚車車體鋼結(jié)構(gòu)制造工藝

郭 唯 金業(yè)全 鄧興偉 李 勇

(中車眉山車輛有限公司 四川 眉山 620010)

澳大利亞大容積棚車是某公司為澳大利亞客戶研發(fā)制造的新型大容積棚車，該車長22 608 mm，寬2 550 mm，高5 594 mm，容積高達(dá)243 m3，軸重25 t，載重70.9 t，最高運(yùn)行速度為115 km/h。該車主要用于運(yùn)輸使用托盤裝運(yùn)的免受日曬、雨雪侵襲的貨物，除滿足人工裝卸外，還能適應(yīng)叉車等機(jī)械化裝卸作業(yè)，可裝載64個貨盤，每個貨盤重1.125 t。

1 車體主要結(jié)構(gòu)

澳大利亞大容積棚車車體為全鋼焊接底架承載結(jié)構(gòu)，主要由底架、側(cè)墻、端墻、車頂、車門等組成(見圖1)。底架由中梁、枕梁、側(cè)梁、大橫梁、端梁、縱向梁、地板、上旁承等組成。中梁由下蓋板及腹板組焊成變截面的魚腹形梁。

圖1 澳大利亞大容積棚車結(jié)構(gòu)示意圖

2 制造工藝難點(diǎn)及工藝流程

由于澳大利亞大容積棚車高5 594 mm，中車眉山車輛有限公司未進(jìn)行過類似高度車型的生產(chǎn)，需對廠房、工裝進(jìn)行改造來適應(yīng)該車的生產(chǎn)。根據(jù)該車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和質(zhì)量特性重要度分級,同時考慮各零部件的制造工藝和車體的組裝工藝要求，設(shè)計并制作了中梁組對胎、底架組對胎、底架翻轉(zhuǎn)機(jī)、底架矯正胎、側(cè)墻組焊胎、側(cè)墻矯正胎、車頂組焊胎、車門組焊胎、車體鋼結(jié)構(gòu)大組裝胎以及車體嚴(yán)縫胎等必備工裝。

通過研究分析產(chǎn)品圖樣、技術(shù)條件，制定了車體鋼結(jié)構(gòu)制造工藝，確定以下制造工藝難點(diǎn)。生產(chǎn)工藝流程圖如圖2所示。

(1)側(cè)墻、端墻、車頂間采用對接結(jié)構(gòu)焊縫，需對側(cè)墻、端墻、車頂總長和撓度進(jìn)行控制，以保證鋼結(jié)構(gòu)大組裝時各部件間尺寸匹配。

(2)側(cè)墻、車頂、車門采用3 mm薄板焊接，為單面焊雙面成型對接焊縫，需對下料尺寸、拼接尺寸及焊接變形量進(jìn)行控制。

(3)中梁組成、底架組成中有探傷要求的焊縫，需采取焊接工藝措施，確保探傷通過率。

(4)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在設(shè)置焊接反變形的同時，必須設(shè)置矯正胎對各大部件進(jìn)行矯正，以保證部件交出尺寸。

圖2 車體鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝流程

3 主要制造工藝

3.1 沖壓下料工藝

型鋼、板材采用拋丸除銹處理，噴涂可焊性無機(jī)硅酸鋅車間底漆，干膜厚度為10 μm～20 μm。薄板預(yù)處理使用不銹鋼鋼絲切丸增加薄板粗糙度，提升薄板涂層附著力。對精度要求高的中梁、枕梁、橫梁、車頂板、車門板、側(cè)墻板、端墻板、上側(cè)梁、下側(cè)梁等，采用數(shù)控切割下料后校平，保證工件下料精度。

3.2 中梁制造工藝

中梁由下蓋板及腹板組焊成變截面的箱型結(jié)構(gòu)，無中梁上蓋板；采用組焊式?jīng)_擊座，組焊式后從板座(見圖3)。

制造工藝難點(diǎn)包括中梁上、下蓋板和腹板拼接焊縫質(zhì)量控制，中梁撓度控制以及中梁總長控制。

圖3 中梁組成結(jié)構(gòu)示意圖

(1)中梁板料拼接

制作中梁板料拼接胎保證板厚方向上互相錯位不大于1 mm，寬度方向上互相錯位不大于2 mm。中梁腹板下料時設(shè)置預(yù)撓度值保證焊接收縮后的撓度值符合要求?？紤]拼接縫隙和焊接收縮量等的影響，中梁腹板、下蓋板在分段下料設(shè)置工藝加長量，保證底架制造完成后心盤距和總長符合圖紙要求。

(2)中梁組焊

制作箱型梁組對胎，組對時縱向?qū)R下蓋板和腹板的中心，將中梁下蓋板上心盤區(qū)域強(qiáng)制固定以保證上心盤處平面度，腹板橫向靠擋定位保證腹板與下蓋板的垂直度。為提高腹板平面度和內(nèi)口尺寸精度，組對時采用工藝?yán)瓧l和角鋼保證中梁內(nèi)距。

(3)中梁翻焊

采用船型焊接工藝，外側(cè)焊縫采用埋弧自動焊一次成型，折彎部位采用半自動氣體保護(hù)焊，提升生產(chǎn)效率和探傷通過率。為減小焊接變形，外側(cè)焊縫焊接過程保持同時、對稱、分段從中心向兩端焊接。

(4)中梁矯正交驗(yàn)

中梁牽引梁段下蓋板與腹板角焊縫焊接后出現(xiàn)角變形，采用反變形拉具實(shí)施強(qiáng)制焊來控制下蓋板角變形，火焰加熱配合底架矯正胎進(jìn)行矯正。

3.3 底架制造工藝

底架由中梁、枕梁、下側(cè)梁、橫梁、端梁、縱向梁、鐵地板等組成(見圖4)。

制造工藝難點(diǎn)：枕梁、橫梁、端梁處三梁差、沖擊座高度。

圖4 底架組成結(jié)構(gòu)示意圖

制作底架組對胎完成底架組對，采用大平尺和水平儀控制枕梁、橫梁、端梁同一斷面高度差。胎型上設(shè)置上旁承正裝組對裝置，控制上旁承下平面的平面度和與上心盤的高度差。由于車鉤高度公差范圍為±5 mm,因此需要在組對端梁時，高度方向以沖擊座下平面到心盤處高度差為組裝基準(zhǔn)，控制車鉤高度。

底架矯正在底架矯正胎上完成，設(shè)置底架上旁承高度、中梁撓度、牽引梁上翹下垂、車鉤高度(換算成沖擊座高度)等檢測點(diǎn)。底架矯正時，不僅要對中梁進(jìn)行矯正，還要對側(cè)梁進(jìn)行矯正，使之與側(cè)墻撓度匹配，減少大組裝配切量。

3.4 側(cè)墻制造工藝

側(cè)墻由門柱、側(cè)墻板、上側(cè)梁、邊框、中部側(cè)墻、托盤座板等組焊而成(見圖5)。

工藝控制要點(diǎn)為：中部側(cè)墻焊接變形控制、側(cè)墻板拼接焊縫質(zhì)量、上側(cè)梁焊接變形控制。

圖5 側(cè)墻組成結(jié)構(gòu)示意圖

(1)中部側(cè)墻組焊

制作中部側(cè)墻組焊胎完成中部側(cè)墻焊接，胎型上設(shè)置反變形量，焊接完成后在三軸滾圓機(jī)上對焊接變形進(jìn)行矯正，矯正時滾制反變形，防止大組裝后側(cè)墻內(nèi)脹導(dǎo)致內(nèi)寬超差。

通過對中部側(cè)墻進(jìn)行的焊接試驗(yàn)分析對比，焊接順序確定為：先反面，后正面；先短焊縫，再長焊縫；同方向焊接(見圖6)。

圖6 中部側(cè)墻焊接順序示意圖

(2)側(cè)墻組焊

側(cè)墻板呈波紋板式結(jié)構(gòu)(見圖7)。拼接在側(cè)墻組對胎上完成，側(cè)墻板焊縫兩側(cè)設(shè)置墊板，防止焊縫與胎型粘連。組對時采用定位焊將焊縫間隙嚴(yán)格控制在0～1.5 mm之間實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。胎型上設(shè)置風(fēng)缸壓緊焊縫兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制焊接減少焊接變形。

圖7 側(cè)墻板斷面結(jié)構(gòu)圖

側(cè)墻組對胎型上設(shè)置預(yù)撓度，使之與底架撓度匹配。組對后增加工藝梁提升側(cè)墻門孔剛度，上側(cè)梁處焊接工藝吊耳實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)及吊運(yùn)。側(cè)墻焊接完成后對門框和上側(cè)梁變形進(jìn)行了矯正，對端部側(cè)墻板進(jìn)行配切，保證總長與底架長度匹配。

3.5 端墻制造工藝

端墻由端板、端柱、角柱、橫帶、上端梁等組焊而成。制造工藝難點(diǎn)為端柱焊接變形的控制。

端墻組成在端墻組對胎上完成。端墻板拼接為薄板拼接焊縫，采用強(qiáng)制自動焊接，焊前預(yù)留反變形。焊后對端柱直線度進(jìn)行矯正。

3.6 車頂制造工藝

車頂由車頂鋼架和車頂板組焊而成。車頂鋼架由車頂側(cè)梁、橫梁、縱向梁等組焊而成網(wǎng)格梁結(jié)構(gòu)，車頂側(cè)梁為L形折壓件，橫梁和縱向梁采用冷彎矩形方鋼管。制造工藝難點(diǎn)為車頂撓度的控制和車頂板焊接變形的控制。

車頂組焊采用車頂組對胎完成，先組焊車頂骨架并矯正后，再鋪裝車頂板，確保車頂板平面度。由于棚頂翻轉(zhuǎn)困難，骨架下部焊縫、車頂板與骨架焊縫采取仰焊的方式，為控制熱輸入減少焊接變形，車頂板與骨架間定位焊間隙不得大于1 mm。車頂組對胎設(shè)置反變形量，在寬度方向增加、高度方向減少，并預(yù)制撓度以減少焊接變形。

3.7 車門制造工藝

車體兩側(cè)設(shè)置由左門、右門組成的推拉式車門。左門與右門之間設(shè)置車門防雨條，左門與右門之間、右門與側(cè)墻之間采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱箱門鎖閉裝置和搭扣鎖進(jìn)行鎖閉。制造工藝難點(diǎn)為車門鎖和搭扣的組焊尺寸控制。

車門組焊采用車門組對胎完成，車門板拼接時，控制組對縫隙小于1.5 mm后采用強(qiáng)制自動焊接，車門焊接完成后進(jìn)行矯正,重點(diǎn)對車門框的直線度、旁彎和扭曲進(jìn)行調(diào)整，在車門組裝時根據(jù)組裝效果對車門進(jìn)行適當(dāng)調(diào)校。

3.8 車體制造工藝

車體為全鋼焊接底架承載結(jié)構(gòu)，主要由底架、側(cè)墻、端墻、車頂、車門等組成。為滿足在車體內(nèi)中部側(cè)墻上安裝貨物托盤的功能，需嚴(yán)格控制托盤安裝孔相對位置等。

制作工藝難點(diǎn)為：車體撓度的控制以及車門開閉功能。

車體鋼結(jié)構(gòu)組焊采用車體組裝胎來完成，由于受車體高度限制，以枕梁頂車墊板為基準(zhǔn)設(shè)置4塊同一高度的水平支撐將底架調(diào)平后鎖緊，防止車體動搖，鎖緊后底架中部設(shè)置撓度支撐，用于控制大組裝后車體底架撓度以符合技術(shù)要求；采用先端墻后側(cè)墻的方式組裝車體鋼結(jié)構(gòu)，在端墻和側(cè)墻組對時通過內(nèi)部設(shè)置可調(diào)整斜撐來控制其垂直度；由于車體內(nèi)部高4.4 m，制作帶護(hù)欄的嚴(yán)縫小車用于內(nèi)部嚴(yán)縫操作。車體內(nèi)部使用高度、寬度樣桿用于側(cè)墻內(nèi)寬和車頂高度的檢測、調(diào)整。

側(cè)墻、端墻、車頂各大部件間采用對接結(jié)構(gòu)焊縫，在大部件制造時，對底架、側(cè)墻、車頂總長進(jìn)行控制，由于各部件焊接收縮量不一致，因此增加的工藝加長量不同，中梁、車頂加長量通過試制時確定，側(cè)墻通過端部側(cè)墻板配切的方式，保證鋼結(jié)構(gòu)大組裝時各部件間尺寸匹配。

車門具備防風(fēng)沙功能，因此良好的密封性能給組裝帶來較大難度。車門組裝主要控制重點(diǎn)是下導(dǎo)軌和上導(dǎo)軌的組裝質(zhì)量，使用樣桿控制導(dǎo)軌的直線度和至下側(cè)梁的距離，同時控制底架組成門檻距離側(cè)梁外側(cè)的距離(92±2)mm，以防止車門和門檻干涉。門鎖、搭扣鎖、擋板在掛門后進(jìn)行配裝，以保證鎖閉功能。

4 結(jié)束語

采用以上工藝措施，已生產(chǎn)的澳大利亞大容積棚車組裝質(zhì)量和焊接質(zhì)量均達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求,證明其工藝是合理可行的，已交付用戶運(yùn)行使用，目前反饋良好?！?/p>