A型貨運電力機車底架組焊工裝設計

李雄飛，王大勇

(1.中國北車集團大連機車車輛有限公司 車體車間，遼寧 大連 116022;2.大連交通大學 軌道交通關鍵材料省重點實驗室，遼寧 大連 116028)

0 引言

A型貨運電力機車在前兩臺底架鋼結構試制中所使用的組焊工裝，對其邊梁采用旁承座內側立板與外側立板同時進行支撐，重心位于兩立板之間，內外側頂緊采用T48絲杠，手柄直徑為Φ20mm.由于立板邊緣加工尺寸比較粗糙，旁承座內表面調整量大，費時費力;且邊梁在縱向方向移動不安全(經常采用加橫向拉筋保證其安全［1］)，摩擦力相當大.再加之內外側頂緊絲杠偏細，數量也不足，對于邊梁調整及防止焊接變形無法起到有效作用.直接導致一臺底架鋼結構耗費將近兩周時間才組焊完成.本文基于以上原因專門設計制造了改進型專用組焊工裝，對于邊梁的支撐采取直接支撐于旁承內表面，減少了摩擦力;頂緊絲杠采用T60，手柄直徑為Φ30mm，且增加了8組頂緊絲杠，解決了焊接變形問題.目前可達到兩天一臺底架的產能.

1 底架結構及技術要求

A型貨運電力機車底架鋼結構如圖1所示.其長為21600mm，寬為2980mm，高為1578mm;主要由2個端部裝配、2個中梁裝配(一)、2個旁承梁裝配、2個邊梁裝配、2個中梁裝配(三)、變壓器梁裝配等組成，總重29.5 t，其中端部裝配4 t，邊梁裝配6 t，變壓器梁裝配2 t.要求中梁在全長內旁彎應不大于5mm，(只允許凸向外側).四個旁承座內表面應在同一水平面，高低差不大于4mm(旁承座位于邊梁上).兩個變壓器梁下安裝面應在同一水平面，高低差不大于2mm.兩個變壓器梁牽引銷孔距離保證為2 910±1mm.底架兩端對角線之差不大于6mm，上平面四角高低差不大于5mm.底架上撓值為0～15mm.

圖1 底架鋼結構示意圖

2 組對方法

在底架組對中首先需要確定橫向及縱向中心線的定位基準，經過對底架圖紙及工藝的分析研究，決定將兩個變壓器梁及中梁裝配(四)提前組對焊接成為一個整體(變壓器梁裝配)，對兩個變壓器梁上的兩個牽引銷孔進行整體加工，以保證其尺寸為2 910±1mm;對變壓器梁上下平面進行整體加工，保證下安裝平面在同一水平面，高低差不大于0.5mm.然后以兩個加工銷柱為定位基準(兩加工銷柱中心連線為縱向中心線，橫向中心線取此連線中點且與縱向中心線垂直)，將變壓器梁上的兩個牽引銷孔插入加工銷柱中，變壓器梁裝配下平面坐于支撐面上(支撐面為加工好的一水平面)，使其達到水平.

組對邊梁裝配，使邊梁裝配上的旁承座內表面坐于4個支撐面上(支撐面為4個加工面，且在同一水平面上，高低差不大于0.5mm，且作為底架總組對的水平基準)，橫向采用液壓缸進行寬度調節，使邊梁緊靠于位于內側的定位塊上，保證兩邊梁橫向尺寸，邊梁垂直度采用若干個T60的絲杠進行調節，外側安置一加工水平面，用直角卡尺隨時對邊梁進行測量，如有誤差，調節絲杠進行頂緊或放松.縱向采用液壓裝置進行調節(液壓缸安裝于旁承座下方，采用點動式步進調節，每次點動小于1mm)，直到邊梁中心線與工裝中心線對齊(邊梁提前刻線).

將端部裝配吊入支撐裝置上(支撐裝置為4個機械式升降絲杠，絲杠為T80)，為保證底架上撓值，調節絲杠將端部裝配提高，縱向定位塊安裝于端部裝配前端，調節T60絲杠頂緊端部使其緊靠于定位塊上，橫向方向采用液壓裝置對其調節(同樣采用點動式)，直到端部中心線(中心線提前刻于端部前端板與上蓋板上)與工裝縱向心線對齊為止.為保證底架上平面四角高低差不大于5mm，必須用水準儀對端部上平面進行調平，且每個端部四角高低差不應大于2mm，兩端部高低差不應大于2mm.

將旁承梁吊于兩邊梁旁承座之間，橫向根據工件的旁承座定位，縱向直接靠于定位塊上.

將各中梁裝配吊入工裝中，內側安裝有定位裝置(為防止縱向旁彎凸內側，采取在內側加死定位)，外側用絲杠對其進行頂緊.

為滿足底架上撓，除端部上撓外，邊梁裝配要求預撓(采取火焰燒出撓度的辦法)，且變壓器梁裝配也應上調.

3 組對難點分析

底架鋼結構組對難點主要在于邊梁裝配的組對調節，邊梁結構如圖2所示:

圖2 邊梁結構示意圖

邊梁裝配全長16 100mm，寬850mm，高1 108mm，重6 t，重心距離外蒙皮200mm(如圖3)，極易傾倒，且焊接后變形大，容易產生旁彎，垂直度不滿足要求等問題.［2］邊梁裝配要求保證旁承座的內表面應在同一水平面，所以采用支撐座伸入旁承座內，支撐旁承座內表面，由于邊梁裝配重心難以座于支撐座上(即使座上也只能支撐大約10mm，非常危險，且邊梁在組對中要求橫向和縱向的移動)，所以邊梁靠近外蒙皮處必須加支撐絲杠和側向頂緊以防止邊梁傾倒，其中支撐絲杠具有調節旁承座水平的作用.側向頂緊用來調節邊梁裝配的垂直度，兼有防止焊接變形的作用.

圖3 邊梁裝配示意圖

邊梁裝配縱向方向的移動裝置如圖4所示.其采用2組液壓缸驅動的形式，且設置有保護裝置.液壓站額定壓力選擇16 MPa，液壓缸選用HSGL01-63/dE［3］，桿徑 22mm，速比 1.46，最大行程200mm，推力最高可達4.99 t，并配有減壓閥.驅動方式仍然采用點動式(配有調速閥)，步進小于1mm.

圖4 邊梁裝配縱向移動裝置

4 組對工裝整體結構概括及數據分析

組對工裝結構如圖5所示.其平臺框架全長24 000mm，寬4 783mm.縱向由4根熱軋工字鋼56a組成，每根長18 000mm，上下加備板，橫向由14根熱軋工字鋼560a及12根熱軋普通槽鋼28a所組成，兩端連接有由槽鋼28a所焊接而成的平臺，用于端部的組對.平臺框架強度和剛性滿足使用要求［4］.

變壓器梁裝配采用2個定位銷柱，4個支撐面，4個支撐絲杠T80;邊梁裝配共采用4個支撐面，10個支撐絲杠T80，16組側向頂緊絲杠T60，8個橫向調節液壓缸，4個縱向調節液壓缸;端部裝配采用8個可調節支撐絲杠T80，側向采用2組液壓缸，縱向調節采用手動絲杠T60調節，共4組，兩端設置有中線定位線;旁承梁采用3點支撐，2個共6個支撐點，每點分別可調節.中梁裝配皆采用面支撐，內側安置定位塊，兩側分別安裝有1組頂緊絲杠T48.

圖5 組對工裝示意圖

夾緊力計算:

其中，F為夾緊力(N);Fs為加在手柄上的外力(N);L為手柄上加力點的間距(mm);λ為螺旋升角，且，s為螺旋導程;d2=螺旋中徑;φ1為螺桿與螺母間的當量摩擦角，梯形螺紋取5°30'，普通螺紋取 6°35';tanφ2為焊件與壓腳間的摩擦因數，在0.1～0.15之間選取;R'為焊件與壓腳間的摩擦力矩半徑(mm)，點接觸R'=0.

對于側向夾緊采用梯形螺紋T60，手柄長度L=12×d2=720mm，外力130 N.螺旋導程 S=P=6mm，d2=60mm，tanλ =，λ =1.82°，φ1=5°30'，tanφ2=0.1，R'=0.求得 F=2.48 ×9.8 kN，滿足使用要求.

對于用于支撐的梯形螺紋T80，手柄長度L=10×d2=800mm，外力130 N.螺旋導程S=P=6mm，d2=80mm，tanλ =，λ =1.37°，φ1=5°30'，tanφ2=0.1，R'=0.求得 F=2.2 ×9.8 kN，滿足使用要求.

按照上述組對順序和工藝方法，且在專用組對工裝的保證下所制造出來的貨運電力機車底架鋼結構完全滿足設計及技術要求，且控制了焊接變形，減少了作業時間，為實現A型貨運電力機車批量化奠定了基礎.

［1］陳立德.工裝設計［M］.上海:上海交通大學出版社，1999.

［2］孫景榮.實用焊工手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［3］雷天覺.液壓工程手冊［M］.北京:機械工業出版社，2001.

［4］成大先.常用設計資料［M］.北京:化學工業出版社，2004.

［5］王政.焊接工裝夾具及變位機械［M］.北京:機械工業出版社，2001:40-42.