米軌輕量化平車車體制造的工藝研究

劉 春 曹 壯 包亞軍

（中車常州車輛有限公司，常州 213000）

1 米軌平車的用途及特點

米軌平車是在米軌鐵路線上用于運輸2個20英尺集裝箱的車輛，其自重不大于12 t，載重為60 t。國內(nèi)外傳統(tǒng)集裝箱平車多采用型鋼中梁的框式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，如泰國米軌集裝箱平車（自重15.8 t，載重48 t）、國內(nèi)的NX70平車（自重23.8 t，載重70 t）等[1-2]。與傳統(tǒng)的集裝箱平車相比，米軌平車設計執(zhí)行北美鐵路協(xié)會的事后評估（After Action Review，AAR）標準，具有只運輸2個20英尺的標準集裝箱、自重輕、枕梁短等特點。同時，該車采用旁承支撐，具有旁承回轉(zhuǎn)力矩及抗側(cè)滾功能，且能夠以具有導向作用的箱擋對集裝箱進行定位、限位，同時具有相互獨立的自動、直通雙套空氣制動系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 米軌平車車體的主要結(jié)構(gòu)

該車的車體和底架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，由中梁、端梁、枕梁、橫梁以及集裝箱鎖擋裝置組焊而成。該車型結(jié)構(gòu)簡單，取消了傳統(tǒng)集裝箱平車中的側(cè)梁組成、縱向梁組成等非主要承載配件，采用了全車承載結(jié)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)。

中梁組成結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)集裝箱結(jié)構(gòu)H型鋼或乙型鋼不同，為Q450NQR1高強度耐候鋼組焊成箱形魚腹變截面結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量較型鋼中梁減輕約30%以上。同時，該車型采用整體式?jīng)_擊座和C級鋼上心盤，且端梁、枕梁、橫梁為上下蓋板和腹板組焊而成的箱形結(jié)構(gòu)，取消了傳統(tǒng)集裝箱平車中的側(cè)梁組成、縱向梁組成等配件。另外，集裝箱鎖擋裝置由端部箱擋和中部箱擋組成，箱擋由座板、擋板、筋板組焊成，擋板設有導向傾角，且端部箱擋位于底架端梁上，中部箱擋位于底架橫梁上。

3 車體制造主要工藝研究及關鍵質(zhì)量控制

3.1 中梁制造工藝

中梁由中梁腹板、中梁上蓋板、中梁下蓋板等組焊而成，其組裝質(zhì)量會影響整車長度撓度、心盤翹曲、車鉤高等參數(shù)。由于采用輕量化箱型梁結(jié)構(gòu)，與型鋼相比，其各板拼接質(zhì)量、組裝間隙、焊接變形、中梁撓度及中梁旁彎控制難度大，中梁組裝示意圖和實際組裝圖分別如圖3。

3.1.1 主要控制要點

中梁組裝的主要控制要點為中梁各板拼接質(zhì)量、組裝間隙、焊接變形、中梁撓度及中梁旁彎等，具體內(nèi)容如圖4所示。

3.1.2 主要制造工藝

（1）中梁腹板拼接前要保證枕梁間撓度控制在預置撓度，同時需要控制牽引梁下垂量、拼接根部間隙和板寬度方向錯邊量。各板拼接焊縫焊完后切割引弧板和收弧板，切割時要留一定打磨余量，然后使用砂輪將焊縫打磨平整，最后用拋光砂輪拋光，以確保焊縫與母材平滑過渡。

（2）中梁組裝時，中間需要增加工藝撐，以防止中梁腹板焊接波浪變形，保證中梁組裝尺寸和胎模預制撓度。

（3）中梁焊接時需控制焊接順序，以防止焊接變形，且各鑄件焊接前要進行預熱。中梁下蓋板與腹板間焊縫的焊角為10 mm，采用多道焊方式焊接，焊接順序。腹板與上下蓋板的焊縫采用分段對稱的方式進行焊接，每段焊縫長度為1 000～ 2 000 mm，焊接順序如圖5所示。中梁點焊固定后，在牽引梁上下翼邊上搭接焊接工藝撐，以避免下翼邊變形。另外，中梁腹板組成、中梁下蓋板、中梁上蓋板的長度尺寸公差需按總長+10 mm制作。

3.2 底架制造工藝

底架由牽引梁上蓋板、端梁、橫梁、枕梁和中梁組成，其中端梁、橫梁上安裝有集裝箱止擋。橫梁、端梁組裝質(zhì)量會影響集裝箱承載面的平面度和高度差。底架組裝示意圖和實際組裝圖分別如圖6和圖7所示。

3.2.1 主要控制要點

底架組裝的主要控制要點為組裝間隙、底架撓度、牽引梁上翹下垂、同一橫截面端、枕梁高低差以及箱鎖止擋組裝等，具體內(nèi)容如圖8所示。

3.2.2 主要制造工藝

第一，底架組裝。先將中梁吊入底架組裝胎，垂向以心盤為基準進行定位，橫向以中梁內(nèi)腔自動對中，縱向以1位后從板座進行定位，落位后開啟抱緊機構(gòu)，抱緊中梁，然后組裝枕梁組成、橫梁組成、端梁組成等零部件。

第二，底架翻焊。將底架各組成部件吊入底架翻焊胎，然后翻轉(zhuǎn)至相關平焊位置焊接相關焊縫，并在該工序中完成中梁預留焊縫的焊接工作。

第三，集裝箱止擋裝置組裝。先將枕梁上蓋板、端梁上蓋板按圖紙要求組裝，并采用整體組裝樣桿控制集裝箱止擋組裝尺寸，組裝過程中要保證各止擋座板的高度差和對角線差尺寸符合要求，檢查合格后焊接水平位置焊縫。

第四，底架矯正。將底架組成吊入底架矯正胎，然后檢查中梁撓度、枕梁高低差、端梁高低差以及牽引梁下垂量控制。

第五，底架鉚焊交驗。將底架組成吊入底架鉚焊交驗胎，鉚接票插、廠名牌等配件，并檢查各尺寸。

3.3 工藝試驗

通過對米軌集裝箱平車焊接接頭進行梳理，完成了相應的焊接工藝評定，并根據(jù)焊接工藝評定確定了合理的焊接規(guī)范，如表1所示。

3.4 靜強度試驗

按照AAR標準CⅡ分冊第Ⅺ章“新造貨車運用性能的試驗和分析”的要求，對樣車車體進行靜強度試驗。試驗結(jié)果顯示，最大應力發(fā)生在重車縱向牽引時，位置在枕后中梁上蓋板，應力值為426.4 MPa，小于強度評定值（材料的屈服極限）450 MPa，且所有試驗工況均沒有產(chǎn)生結(jié)構(gòu)部件永久變形，車體靜強度滿足AAR的強度標準要求。

4 結(jié)語

車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，通過輕量化車體方案的工藝研究，該車的結(jié)構(gòu)新穎、要求高、制作難度小。通過制定合理的工藝制造方案，并進行試制和批量米軌平車制造，體現(xiàn)了制造工藝簡單、制造成本低、性價比高等優(yōu)點，達到了最初的工藝研究目的。