高速磁懸浮道岔梁整體形位公差的控制

郭江海

（中鐵寶橋股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 引言

上海磁浮道岔是由一根鋼結(jié)構(gòu)梁構(gòu)成，它借助電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)彈性彎曲，并在終端位置用鎖銷機(jī)構(gòu)鎖定，道岔位置的改變由運(yùn)行控制系統(tǒng)啟動(dòng)和監(jiān)控。可見，磁浮道岔與常規(guī)鐵路道岔最大區(qū)別在于：鐵路道岔只動(dòng)尖軌和心軌，基本軌保持不動(dòng)，而磁浮道岔是整根軌道梁一起移動(dòng)，高速磁浮道岔研制項(xiàng)目是上海磁懸浮工程國產(chǎn)化的瓶頸項(xiàng)目，保證道岔梁的制造精度是高速磁懸浮道岔研制成功的關(guān)鍵技術(shù)。道岔梁整體形位公差在78m全長(zhǎng)上要求極高。傳統(tǒng)工藝方法為拼裝-焊接-機(jī)加工，用機(jī)加工作為最后一道工序控制其形位公差。但存在兩個(gè)問題：（1）超出國內(nèi)現(xiàn)有機(jī)加工設(shè)備加工范圍；（2）在78m全長(zhǎng)上，加工過程中產(chǎn)生的熱變形及找正、定位誤差等綜合誤差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為此我們采用了新的工藝方法：?jiǎn)渭C(jī)加工-拼裝-焊接-火焰精調(diào)，研制完畢后達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2 功能件的精度控制及道岔梁節(jié)段形位公差的控制

2.1 功能件技術(shù)要求

如圖1所示，在機(jī)加工過程中重點(diǎn)控制上滑撬板3與側(cè)面導(dǎo)向板1的垂直度在0.2mm以內(nèi)。同時(shí)定子組π型鋼件2在第一次粗機(jī)加工時(shí)要給精加工留足夠的加工余量。在精加工功能件燕尾槽時(shí)要保證燕尾槽與直槽及6-φ22孔群之間的相互位置精度，同時(shí)還需保證燕尾槽底面至滑撬板頂面270.4±0.03mm尺寸。

2.2 道岔梁節(jié)段焊接后形位公差的控制

道岔梁節(jié)段各部斷面形狀尺寸如圖3：道岔梁節(jié)段整體焊接后經(jīng)火焰調(diào)直要保證上蓋板1、下蓋板4、腹板2的平面度、直線度、垂直度、扭曲等四項(xiàng)精度均≤1mm。我們?cè)趯?shí)際施工中，經(jīng)過兩次火焰調(diào)直后才達(dá)到了上述技術(shù)要求，為下一步焊接后整體精度的保證提供了可靠的基準(zhǔn)。

圖1 功能件斷面圖

圖2 道岔梁節(jié)各部斷面形狀尺寸圖

3 道岔梁與功能件及肋板進(jìn)行焊接連接

3.1 整體道岔梁的斷面圖形尺寸及精度要求

如圖3，道岔梁整體焊接后按設(shè)計(jì)要求最重要的控制尺寸是2800±1mm、2220±0.3mm及形位公差。筋板與道岔梁節(jié)段的焊接形式為熔透焊，坡口尺寸為8mm×9mm，焊肢高度8mm，且為一級(jí)焊縫，需全部進(jìn)行超聲波探傷。而功能件與筋板的焊接形式為角焊縫，焊肢高度10mm，焊接過程中變形大，尺寸公差及形位公差很難保證，因此如何解決焊接過程中所產(chǎn)生的變形問題至關(guān)重要。

3.2 解決方法

（1）首先預(yù)留焊接收縮量后在基準(zhǔn)平臺(tái)上進(jìn)行精密布線，將自制L型工裝固定于基準(zhǔn)平臺(tái)上，保證L型工裝內(nèi)側(cè)面的直線度、平面度≤0.1mm。

（2）以B面為基準(zhǔn)面（將上述工件倒置于基準(zhǔn)平臺(tái)上），利用縱、橫向滑移機(jī)構(gòu)保證梁段的劃線基準(zhǔn)與基準(zhǔn)平臺(tái)的定位基準(zhǔn)相重合，以保證各相鄰梁段的標(biāo)高尺寸及相互位置精度。單面預(yù)留收縮量為1mm。

（3）按設(shè)計(jì)要求將26根功能件分別以B面和L型工裝的內(nèi)側(cè)面為基準(zhǔn)緊固在基準(zhǔn)平臺(tái)上，以滿足垂直要求。

（4）配切肋板。利用自制配切、劃線工裝以功能件腹板與梁段腹板之間的距離為依據(jù)，對(duì)筋板進(jìn)行劃線作業(yè)，然后利用刨床進(jìn)行配切機(jī)加工。

（5）碼板焊接固定在梁段及肋板上，將配切好的筋板與主梁段進(jìn)行定位焊接。利用碼板控制筋板焊接后產(chǎn)生的變形、扭曲。然后進(jìn)行立焊熔透焊焊接，焊接完畢全部進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，確認(rèn)焊縫全部合格后轉(zhuǎn)入下道工序作業(yè)。

（6）將功能件與筋板施焊在一起。將梁段與筋板焊接后產(chǎn)生的橫向變形及收縮量全部置于預(yù)留的功能件與筋板的間隙間，這樣就確保了最重要的控制尺寸2800±1mm。利用其它自制工裝控制各部位的尺寸公差及形位公差。

（7）將分為三段制造的78m梁，每段之間用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接定位。利用自制樣板工裝對(duì)連接孔群進(jìn)行精確定位后，進(jìn)行連接作業(yè)，將三段梁栓接成一體。

（8）全部作業(yè)完成后，在78m全長(zhǎng)上對(duì)道岔梁進(jìn)行立體三維空間測(cè)量。對(duì)道岔梁中心線在全長(zhǎng)上進(jìn)行直線度測(cè)量，在全長(zhǎng)上對(duì)兩滑撬板進(jìn)行平面度測(cè)量。在控制了上述兩項(xiàng)精度指標(biāo)后也同時(shí)控制了軌道梁在全長(zhǎng)上的扭曲度。經(jīng)過多次測(cè)量、精調(diào)，最后道岔梁中心的直線度小于2mm、兩滑撬板進(jìn)行平面度小于2.8mm，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

高速磁懸浮道岔的研制采用了集新工藝、新方法為一體的現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)。在軌道梁這樣大型機(jī)械產(chǎn)品的研制過程中對(duì)焊接變形及焊接變形后收縮量的控制積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在定位、測(cè)量過程中采用了新的方法。利用基準(zhǔn)平臺(tái)和L型工裝控制了功能件導(dǎo)向板與滑撬板的垂直度，控制了功能件燕尾槽底面和直槽底面與滑撬板的平行度。在全長(zhǎng)上利用機(jī)加工手段與各種控制工裝及精調(diào)相互配合控制軌道梁的形位公差。大型軌道梁研制成功，對(duì)提高我國機(jī)械制造業(yè)的加工制造水平和加快新產(chǎn)品開發(fā)具有十分重要的指導(dǎo)意義。?