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动车组车体底架制造工艺研究郭峰

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：郭峰张忠海王强张文杰江鑫

[导读] 摘要：现代高速动车组采用车上载客，将动车的大部件（牵引、制动、控制系统等）吊装在底架上的安装方式。

        中车唐山机车车辆有限公司河北唐山 064000
        摘要：现代高速动车组采用车上载客，将动车的大部件（牵引、制动、控制系统等）吊装在底架上的安装方式。因此，动车车体底架的受力和结构较复杂，底架的制造精度要求高，因而增加了底架的制造难度。基于此，本文重点阐述了动车组车体底架的制造工艺。
        关键词：动车组；车体底架；制造工艺
        动车组铝合金车体底架是技术一个含量高、制造难度大的关键部件，采用合理的焊接和加工制造工艺，能保证底架的制造质量，从而为车体的制造质量奠定了良好的基础。
        一、动车组概述
        动车组即动车组列车，由若干节动车（动力车厢或传统机车）与拖车（无动力车厢）经固定编组形成的一类列车。动车组技术起源于地铁列车，诞生于20世纪初期。另外，动车组相比传统列车，具有不随意更改编组和折返不摘挂机车特点。
        二、动车组车体底架制造工艺
        1、动车组底架制造工装设计。工装是底架制造的基础，其设计方式直接影响到底架制造的质量和效率，底架工装的设计思路主要考虑控制焊接变形和方便各大梁定位。
        1）工装的基础结构采用数个T型槽平台拼接而成，T型槽的宽度为28mm，每一格的距离为180mm，T型槽平台柔性化特点使其能方便的在上面设计各种压紧机构对底架各大梁进行定位，压紧机构与T型槽平台采用螺栓和T型螺母座连接。
        2）工装的主体结构是将各种压紧机构采用螺栓连接的方式固定在T型槽平台上，对底架进行定位压紧，其中边梁定位压紧采用液压方式，利用液压缸的伸缩对边梁进行推、压、夹，能更方便调节底架框架宽度，其余各大梁采用机械方式定位压紧，针对各大梁的形状特点设计各种不同的安装座，利用丝杆顶紧、压臂压紧、螺栓定位等方式对各大梁进行压紧和定位。工装安装时先要对工装基准平面进行校准，再根据底架关键尺寸对安装座进行定位，用气动扳手将螺栓紧固，将安装座与T型槽平台连接在一起，最后对工装液压部分动作进行调试，确保其能正常工作。
        2、动车组底架的组装工艺。动车组底架组装采用反装工艺，即底架下平面朝上进行组装。
        1）底架在焊接中的收缩来源：一是各大梁（尤其是结构较单薄的横纵梁）焊缝及其附近区域在焊接高温作用下产生纵横向的压缩塑性变形；二是焊接中梁体对接处坡口的熔解而产生的焊接收缩。综合考虑以上因素对底架关键尺寸进行工艺放量，使其焊后收缩尺寸能符合设计要求，工艺放量尺寸先根据经验公式（一般在长度方向上取1.5mm/m，宽度方向上取1mm/m）进行初步确定，再根据实际生产产品对放量尺寸进行微调，最终得出最佳放量尺寸。经实际生产验证及优化调整后，采用表1所示的工艺放量能符合设计图纸所标注的尺寸及公差，保证焊后底架的关键尺寸。

        2）底架框架组装采用反装方式组装各大梁，组装时按枕梁→变压器横梁→后端牵引梁→前端牵引梁→横纵梁→边梁顺序组装，枕梁组装时将其横纵向中心线对准底架工装中心线，偏差不大于1mm，再测量两枕梁对角线长度的差值，使其不大于2mm，这样能保证枕梁装正而使转向架安装尺寸在设计公差内，变压器横梁拆分为中间横梁1、中间横梁2及二者间的横纵梁，利用螺杆将三者与专用的框架式组装工装锁在一起后再吊装到底架上进行组装，变压器横梁框架式组装工装上的孔是加工而成，能保证组装精度，利用此方式能保证变压器横梁上的变压器安装孔距达到±0.5mm精度，符合设计图纸要求，为后续主变压器安装打下良好基础，边梁吊装时要用边梁中心线去对齐底架中心线，只有中线对齐才能保证边梁上的横向减震器座、转向架止挡座的缺口到枕梁中心的距离符合设计图纸要求，保证后续安装尺寸。在底架框架组装工序组装完各大梁后需完成底架反面焊缝的焊接，前后端牵引梁与边梁侧立板的侧面焊缝需采用立焊方式焊接完成，这样才能保证前后端牵引梁与边梁连接处的强度。
        3）底架一次翻转焊接和底架一次落地焊接工序是完成底架框架的侧、正面焊缝，同时完成枕梁与边梁连接处的枕封板、前后端牵引梁与边梁连接处的连接梁体及左右边梁上的转向架起吊座、横向止挡及横向减震器座的组装和焊接，由于横向止挡与横向减震器座涉及到转向架的安装，其与枕梁中心的距离要求公差较高，因此组装前应测量缺口到枕梁中心的距离，如不符合公差要求应对缺口进行修配处理。
        4）底架一次调修是底架框架制造最后工序，其目标为：调整底架宽度，使之符合设计尺寸；调整边梁旁弯使之不大于4mm，保证底架侧面轮廓；对底架挠度进行调修，预设一定的挠度使其为后续车体吊装及车上设备的安装打下基础。
        3、动车组底架的焊接工艺
        1）动车组底架因采用轻量化设计，大量采用了低合金高强钢Q460E材料，此材料虽然强度高，但其焊接性能不如其他低碳钢优秀，因此需采用特殊的焊接工艺。经焊接工艺验证发现，当焊接填充材料采用CHW-55C1或JM-Ni1高强钢焊丝时能得到和母材相匹配的焊接接头强度，因此底架的焊接材料采用CHW-55C1或JM-Ni1高强钢焊丝，此外，参与底架框架焊接的人员需针对其焊接焊缝进行相应结构的工作试件焊接，并验证通过后才能参与产品的制造，焊接参数需以焊接工艺规程（WPS）形式指导现场生产。
        2）该动车组底架的关键受力焊缝如枕梁、变压器横梁、牵引梁与边梁间的对接焊缝大量采用HV或V型接头形式，即要求留出间隙焊透，焊缝的熔深需大于或等于两侧母材板厚，对此种类型的关键焊缝，除按设计图纸要求进行100%表面磁粉探伤外，在组装时接头处必须留出23mm的间隙保证焊透，同时焊缝背面按设计要求加上永久焊接垫板使其不产生焊瘤，保证焊接接头的强度和质量。
        3）因Q460E材料的焊接性能不如其余低碳钢材料优秀，所以在焊接时应选用带脉冲的高性能焊机焊接，因底架大量采用5～6mm的薄板，经工作试件验证，焊接时需采用 1.0mm的焊丝进行焊接，才能保证焊缝表面成型美观。
        4、动车组底架的调修工艺
        1）对底架旁弯的调修应满足边梁总旁弯不大于4mm，局部旁弯不超过2mm/2m要求，对边梁的外凸部分采用氧-乙炔火焰进行加热，加热线为垂直边梁的竖线，加热线宽度约为10mm（一般为钢材厚度的0.5～2倍左右），加热时火焰沿着直线方向移动过程中，同时在宽度方向作横向摆动或画圆运动，加热温度为500～600℃，由于Q460E的材料特性，在加热时需用红外测温仪严格控制最高温度，防止因温度过高而使材料组织发生变化。
        2）因动车组底架前端牵引梁较重，且边梁和前端牵引梁对接处的焊缝密集，前端牵引梁易出现低头情况，为防止前端牵引梁低头，需在前端牵引梁与边梁的对接焊缝附近烤一个倒三角形区域的火，必要时用顶杆或千斤顶在底架下部顶起前端牵引梁，调修后应满足从边梁开始沿着前端牵引梁的侧立板纵向打3m平尺，平面度不大于3mm。
        3）底架一次调修台位采用7组架车墩支撑底架，考虑到后续车体吊装和车上设备的安装，需对底架预置一定挠度，每组架车墩的相对高度分别为0、10、17、20、17、10、0（mm），利用手扳葫芦将底架紧紧拉紧在架车墩上，使底架框架下平面与架车墩螺杆端面贴严，通过火焰调修将底架烤出挠度，使手扳葫芦松开后底架在自然状态下仍能保持之前的预置挠度。
        通过底架框架组装、底架一次翻转焊接、底架一次调修的制造工艺过程最终制造出合格的底架框架产品。
        总之，底架作为动车中最重要的零部件，起着承载车体及车上设备的作用，承受着动车牵引力及列车运行中所起的各种冲击力及其他外力，是整个车体的基础。对于如此重要的零部件，必须采用可靠、合理的制造工艺才能保证其具有足够的刚度和强度，使其坚固耐用，从而确保车辆运行的安全。
        参考文献：
        [1]胡继军.高速动力集中型动车组动力车枕梁制造工艺分析[J].技术与市场，2018（05）.
        [2]成桂富.动车组车体底架制造工艺[J].机车车辆工艺，2015（06）.
        [3]张锐杰.动车组车体底架制造工艺研究[J].装备制造技术，2019（02）.