城際動車組鋁合金車體關鍵尺寸控制工藝

張明偉，孫學亮，孫宏海

1. 車體結構

新型城際動車組最高時速140km，由1輛中間車和2輛帶駕駛室的頭車組成共3輛車的編組，采用2M+1T配置，其編組如圖1所示。

車體采用鋁合金車體，其具有重量輕、耐腐蝕、壽命長、外觀平整度好及易于制造美觀車體等優點，同時還能提供良好氣密性，隔聲、降噪，為乘客提供舒適的車內環境，節省能源。

車體作為動車組列車的關鍵承載部件，是一個封閉的焊接箱形結構，在運行過程中會受到各種力的作用，起到了保護乘客安全作用的同時，也為乘客提供寬闊、舒適的旅行空間。車體由底架、側墻組成、車頂和端墻等鋁合金材質的大部件組成，如圖2所示。

2. 車體組成關鍵尺寸

車體組成的關鍵尺寸為車體長度、箱體斷面尺寸和撓度值等，箱體斷面尺寸包括寬度、高度和對角線差值，這些尺寸直接決定了車體的內部空間大小、運行安全和車體的使用壽命等，具體尺寸如附表所示。

圖1 編組示意

圖2 車體結構

3. 關鍵尺寸控制工藝

（1）車體長度尺寸控制工藝 車體是由底架、側墻、車頂和端墻裝配焊接后形成，其長度取決于底架、側墻和車頂長度，所以其三大部件的長度就相當關鍵。車體長度尺寸控制是通過在大部件上進行工藝放量手段來實現，分析總結長度公差和考慮焊接會造成長度方向上收縮，將底架邊梁和地板加長6mm，保證底架組焊完成后的長度為+6mm；將邊頂和圓頂加長5～6mm，保證車頂組焊完成后長度+5mm；側墻為分塊側墻，單側3 個門口，考慮到側門口尺寸要求均為正差，所以側墻的長度放量只將一二位端的小側墻加長2mm，其余分塊側墻不放量。這樣放量分布可保證三大部件長度上的匹配，保證車體形成后的最終長度尺寸滿足公差要求。經過多種車型鋁合金車體制造的經驗累計，將各大部件的放量等于車體長度的上公差值，形成車體后長度可滿足要求。

（2）箱體斷面尺寸控制工藝 車體制造難點即在箱體尺寸的控制上，因為其累計了各大部件公差，制造階段保證尺寸關聯性較大，且車體組成后調修困難。箱體的斷面尺寸由底架、側墻和車頂三部分拼焊而成，內外共8道焊縫，為保證其焊接完成后車體的寬度、高度和對角線尺寸，在預制反變形、組裝和焊接的各個階段都需要控制不同的參數。

車體高度主要取決于側墻高度，且還受車體撓度和側墻撓度匹配度的影響，如側墻沒有撓度，需通過在側墻上修磨出撓度的方法來保證裝配質量，這樣就會降低車體的高度，所以側墻的高度尺寸需控制在理論值（+3mm，+6mm）的范圍才能保證撓度修磨的需要。車體的寬度尺寸是在保證各大部件符合公差要求的前提下，通過焊接過程中預制反變形來保證的。

城際動車車體的焊接順序為先外后內，先下后上。焊接車體外側焊縫會使車體在寬度方向上變大，所以車體內部的支撐主要由高支撐起作用，可以不必支撐寬度支撐，通過圖3的數據統計折線圖得出了在裝配階段尺寸高度的組裝尺寸為理論值（+2mm，+4mm）。

焊接完成外側焊縫后需撤掉所有支撐對箱體斷面尺寸進行檢測，根據檢測數值調整箱體的寬度的預制反變形量，相應寬度值越小反變形量越大。焊接內側焊縫會對車體寬度收縮較大，根據圖4的數據統計折線圖，使用寬度支撐調整寬度方向的反變形量到理論值+14mm~+18mm。由于寬度支撐量的加大會使內高降低，所以高度的反變形調整為理論數值+10mm左右，重新調整斜支撐，保證對角線尺寸。因蓋面焊對車體尺寸影響較小，所以待內側焊縫的打底焊接完全冷卻后可以撤除內部的所有支撐，便于焊接操作，提高生產效率（見圖5）。

待所有焊縫冷卻至室溫，就形成了最終箱體斷面尺寸，最后可通過局部的機械調修或火焰調修來實現寬度和高度的最優比。

車體關鍵尺寸 （mm）

圖3 高度尺寸折線

圖4 寬度尺寸折線

圖5 車體箱體尺寸控制

圖6 撓度尺寸控制

（3）車體撓度控制工藝 城際動車組車體撓度要求為7 ～13mm，是通過焊前在底架上預制一定的反變形來保證的。依據其他種類鋁合金車體制造經驗，在車體組成工裝上預制一個合理的反變形（a=13mm），利用水準儀精確測量各支撐面的高度差值，在每個對稱的門口處增加橫梁下拉裝置（見圖6），保證底架邊梁下面和定位支撐塊密貼。車體撓度的尺寸應盡量控制在中差，不可過大也不可過小，過大會由于下拉值過大，影響車體的高度，過小會使在滿載情況下，車體中部下垂量大，縮短車體的壽命。

車體撓度控制不僅是要控制底架下拉的撓度，還要控制側墻的撓度值，以保證在底架下拉狀態下，側墻和底架間裝配出均勻的間隙，從而保證焊縫質量。側墻撓度值需要在側墻組焊時通過工裝上預制反變形來實現，車體組裝階段在窗口處設置了側墻窗口下拉裝置，保證和底架間裝配間隙，也保證了焊接完成后車體撓度值的形成，通常側墻的撓度值在8～10mm最好。

4. 結語

通過對城際動車組鋁合金車體的產品結構介紹與分析，確定車體關鍵尺寸控制要點和制造工藝，保證了城際動車組車體的質量，順利完成鋁合金車體的生產制造。