中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 064000
摘要：本文将从装配、焊接和矫正三个方面进行系统的梳理、总结和提炼，对轨道机车车体边梁组焊工艺提出规范与优化。
关键词：机车车辆车体；装配；矫正；
前言：机车是为设计、生产的矿用调车内燃机车，采用电传动方式，其车体为外廊式底架承载单司机室结构。
一、车体相关要求
车体钢结构主要由上部的罩式车体和下部的底架、端部的排障器（高度可上下调整，并可自由拆卸）和牵引缓冲装置等组成。机车司机室设计成模块化形式。其他各室顶部均设计为可拆卸的顶棚，以供吊装各室内的机组和设备。各室侧墙也设计成可拆卸形式。在底架两端的左右侧设有梯子，在两侧走台板和两端走台板的外侧设有安全扶手。在底架适当位置设有吊车筒和架车座，供起吊机车用。前后端部有牵引梁，其内装有牵引缓冲装置，车钩两侧设有侧缓冲器。走行部为两个两轴转向架，牵引电动机采用滚动抱轴半悬挂方式。与底架连接采用橡胶旁承支撑，中部靠牵引销传递牵引力。
二、底架设计
1.基本结构。底架主要承担机车上部设备的垂直载荷及机车牵引和制动所产生的纵向牵引力和压缩力，底架由中梁装配、端部装配、牵引横梁装配、横梁装配、底架盖板装配及底架附件等几大部分组成。机车上部垂直载荷、纵向牵引力及压缩力主要作用在两根中梁上。底架为机车整体起吊和救援配置了整体起吊吊座和救援吊座。底架盖板共分上下两层，因上盖板上有很多部件在运行时产生较大的振动，因此上盖板在相关部位下增加了一些加强梁。端部装配端部装配主要采用板式焊接结构，由中部牵引梁装配、上下盖板、隔板、后座板、加强筋等组成，牵引梁装配内有缓冲座，用于安装车钩。 其运用的路况较差，所以对端部前端板的强度要求较高，在设计中考虑到重量、强度等方面的综合因素，经优化将端板厚度定为40 mm，其它部分与DF10DD 、DF4DD型调车机车的端部结构基本相似，中梁采用箱式焊接结构，由上下盖板和左右两腹板组成，腔内每隔1 m焊有一块加强板，下盖板在距中心3 400 mm前后处各开一长方形孔，用于安装
旁承座，两根中梁上共有4 个旁承座。根据机车结构需要及强度计算，机车中梁不设鱼腹结构，前后高度均为380 mm，中梁总长12 330 mm，上下盖板宽500 mm，两端与前后端部相连。每个底架上装有前后两个牵引横梁，牵引横梁是箱型板式焊接结构，距轨面880 mm面向上装有牵引销座板，下端与牵引销相接，通过牵引销实现转向架与车体的连接，传递机车纵向牵引力。另外还有上盖板、两侧腹板、两块下盖板、中间隔板等几部分，共同构成牵引横梁装配的基本框架。底架上在前后牵引横梁装配和前后端部之间各有一个横梁装配，用于加强底架刚性并承担部分由端部牵引梁传来的纵向载荷。在前后牵引横梁之间装有两个横梁，布置的位置与柴油机公用底座的4 个支撑点相对应，用于承担柴油机产生的垂向载荷，并加强底架总体强度。横梁装配由上下盖板和左右立板组焊成箱式结构。为加强底架整体的强度，使底架整体形成箱式结构，底架在盖板设计上采用上下两层盖板的设计方案，上盖板除司机室盖板厚度为20 mm外，其它盖板的厚度均为8 mm，而下盖板的厚度均为6 mm，为了保证各系统管线路在盖板上开孔位置的准确性，盖板采用组焊完成后整体布孔。另外，两侧走廊及前端均铺有防滑走台板。底架上所安装的各种吊座、安装座、排污槽、排污管、补板等统称为底架附件，底架附件主要用于完成底架的附属功能。
2.底架强度与刚度计算。
为了精细校核底架的强度，将底架上所有的梁、板都按壳单元划分网格进行离散，因此计算模型是一个空间薄壳结构。所划壳单元边长约为50 mm 。整个计算模型共划分节点64 115个，四点壳单元65 762个。底架共有4 个旁承，垂直载荷通过旁承传给转向架构架，再传给轮对，因此车体计算模型的约束取在前后旁承的横向中心线上，既保证垂向线位移为零，又能模拟底架的弯曲变形。功率小，总重轻，运行速度也慢。参考我国国内车体计算的通常做法，取垂直载荷工况、压缩工况、牵引工况、拉伸工况、救援工况和整体吊装工况以及自由振动作为计算工况。作用载荷为柴油机、主发电机、燃油箱、励磁机、牵引整流柜、蓄电池、空气压缩机、总风缸、冷却装置、前后牵引电机通风机、操纵台等车上设备和车体自重以及水管、油管、电线等分布载荷。
3.边梁的焊接。为补偿因边梁长度方向的焊接收缩变形，需对边梁长度方向的部件（通常为梁体、立板）的尺寸进行工艺放量，使得边梁交验时的长度尺寸满足底架总组装的要求（注：而不是图纸尺寸）当然边梁上的关键尺寸也是如此，像枕梁中心，横向减震器座的位置。总之使得交验状态与底架放量相匹配。工艺放量是一个经验值，需要生产实际的验证。可参考成熟的车型，重点比较梁体对接的焊缝数量、焊缝间隙及焊缝大小，但新车试制时根据边梁与牵引梁的接头形式，适当的偏大或偏小，方便修配，保证接头强度。边梁的焊接顺序遵循从中间向两端对称施焊原则，梁体内部件的焊缝尽量旋转到PB 完成。某些梁体内有U 型梁的边梁，在焊接U 型梁时不可将U 型梁密闭，如此会导致U 型梁内密封的空气受热膨胀而使焊缝开裂。所有立板两侧的焊缝均应按同一方向施焊，否则边梁将发生扭曲变形。由于立板（盖板）的焊缝很规则，且长度很长（四五米至十来米），通常采用自动焊。自动焊一方面可以保证产品质量，另一方面自动焊相对手工焊来说具有较大的焊接参数，从而可以提高生产效率。
三、矫正
矫正主要是矫正边梁的旁弯和立弯，立弯≤4 mm，旁弯可视车型而定，因为大多在边梁与变压器梁和枕梁对接处可预留适当的旁弯，在完成对接后因焊接变形而使旁弯消除。死弯是无法矫正的，因此边梁组焊过程应尽量避免死弯，如梁体对接平齐，错位量在EN5817 允许范围内，在交验胎焊接边梁的对接焊缝时，为避免焊接时边梁因受热下塌，因在焊接部位的下方进行支撑（如千斤顶）。目前车间采用氧－ 乙炔进行火焰矫正。中性氧－ 乙炔火焰由焰心、内焰和外焰三个区域构成。火焰加热时用到的是内焰前端2 ～ 5 mm 处温度最高区域火焰矫正时工件温度 600℃ ～ 650℃范围内较为适宜，不超过700℃。同时也要考虑弯度的大小，进行三角形或椭圆形的区域加热。通常弯度较缓采用椭圆形区域的加热，弯度较大则采用三角形区域的加热的方式。而边梁的旁弯则在垂直长度方向进行带状的加热，从中间部分向两端矫正，并用平尺分段检查。火焰矫正温度的高低冷却方式也不同，火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16MnDＲ 在高温矫正时不可用水冷却，包括厚板或淬硬倾向较大的钢材。火焰矫正很需要经验，观察碳钢的颜色，白天与晚上也不同，加上工件结构的复杂性，实际作业中火焰矫正需要视具体情况灵活运用。
结束语：随着电力机车市场的拓展，客户需求和运行环境差异越来越大。在追求个性化的同时形成标准化是发展的要求，因此对机车组焊工艺在装配、焊接、矫正三个方面的梳理、提炼，如工装的通用化、自动焊的应用、火焰矫正的经验和技巧的总结，是标准化的前提，也是创新的基础，为电力机车多样性的发展做好储备。
参考文献：
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