新型動車組模型車總組焊接口尺寸控制工裝設計與優化

彭彥博　劉冬花　何清和　盧滌強

摘 要：本文簡述了新型動車組模型車的車體組成，分析了車體總組焊接口尺寸控制工藝難點。文中通過設計工裝來保證接口尺寸，并對總結了工裝的使用效果，分析了工裝缺陷，最后針對工裝缺陷進行了工裝設計優化，這也為后續新型動車生產積累了工裝設計經驗。

關鍵詞：新型動車組模型車、總組焊、工裝、設計與優化

0 引言

該新型動車組是根據中國鐵路總公司運輸和經營發展要求，旨在提高既有線鐵路運輸服務品質，充分利用既有線的運輸資源和既有客車、機車的檢修資源，依托八軸客運電力機車（HXD1G）和既有25T 型客車技術平臺，能夠滿足中國城際鐵路、普速線路及客運專線使用環境運營要求的一款最高運營速度的動車組。

為了更好的驗證該新型動車組的設計方案及工藝方法，我公司特意以1：1的比例制作了該新型動車的模型車，該模型車由司機室、底架模塊、導流罩、排障器、開閉機構和頭罩等部分組成，如圖1模型車結構示意圖所示。車型結構方面，該車型同樣采用了動車常用的曲面流線型結構，減少了動車在高速運動時的風阻，降低了噪音，同時也使得車型更美觀。但是曲面流線型結構增加了焊接造型難度，也增加了大部件的組焊難度，比如本文談到的車體總組焊接口尺寸控制。

1 車型難點分析

模型車由于其結構相對簡單，其制造過程為首先完成司機室鋼結構、底架模塊和導流罩等其他部件，然后將大部件總組焊完成車體的制造。工藝分析得出，在大部件總組焊過程中，由于設計要求將模型車司機室鋼結構與模型車底架外圍輪廓錯位控制在1mm以內，且要保證整個模型車最終的車體結構與開閉機構安裝時對接處間隙均勻，整個車型輪廓在對接處也能實現良好過渡，如圖1模型車結構示意圖所示。如圖2接口尺寸示意圖所示，β角是由司機室鋼結構和底架兩個龐然重物的組合而成的空間角，是開閉機構與車體結構對接時的關鍵接口角度尺寸，設計要求接口角度偏差為±0.2°，顯然想要達到如此嚴格的角度控制要求，相當的困難。加上動車組模型車司機室鋼結構為多曲面、流線型結構，模型車底架又為不規則外形，這就更增加了接口尺寸控制的難度。如何解決此問題也成了本模型車制造中必須攻克的一道難題。使用工裝定位控制該接口尺寸是一個常用可行的方法。設計制造出理想的接口尺寸控制工裝也就成為完成該模型車的總組焊的一個重要準備工作。

2 工裝設計

根據模型車對工裝的需求，本工裝的設計思路是：首先工裝的核心控制點在于接口角度尺寸控制，其次工裝也要保證司機室鋼結構與底架的輪廓完好對接，從而也保證兩大部件組焊完成后與開閉裝置也能夠對接完好。

首先在角度尺寸控制方面，工裝保證接口角度尺寸β，如圖3接口控制工裝圖所示，本工裝的通過兩塊12mm的平板，即司機室前端法蘭定位模塊和底架前端定位模塊，焊接形成α夾角，其中α=β，以加強筋連接，同時圖示縱向加強筋的設計角度剛好為α角，這樣的設計可以很好的保證工裝的設計夾角，且控制方法簡單便捷。

其次是工裝能保證部件對接后的輪廓，要想達到輪廓的完美貼合，最優的辦法就是工裝輪廓與部件輪廓一致，這樣既能達到控制輪廓對接尺寸的控制，又能作為一項部件輪廓檢測工序。根據該思路，工裝上的定位模塊與司機室鋼結構前端、底架前端輪廓一致，同時將縱向加強筋的底邊與工裝定位模塊的地板平齊，以減少人為因素對工裝精度的影響。為了保證使用工裝時車體前端焊縫能夠順利施焊，對工裝開了部分孔，最后設計完成的工裝圖樣如圖3接口控制工裝圖所示。

3 使用效果

工裝制作完成后，在模型車總組焊時，能夠滿足車體總組焊的接口尺寸控制要求，實現車體司機室鋼結構和底架模塊的完美對接，同時也滿足車體組焊后與開閉機構對接安裝的尺寸要求，且安裝效果良好。但是在使用過程中也發現工裝存在的部分不足，有如下幾點：1、工裝的強度不夠，在對接過程中存在工裝輕微變形情況；2、工裝制作過程存在角度誤差，由于采用的是筋板定角度，工裝組焊過程中存在縱向加強筋焊偏、焊斜的現象導致工裝制作不夠標準；3、工裝的拆裝不是很便捷，結合圖1、圖2、圖3可以看出，工裝需要嵌入兩個部件之間，由于工裝本身較重，人工難以進行工裝的裝拆，且也違背了生產安全原則。故需要對工裝重心進行處理，保證工裝的底架前端定位模塊在拆裝時呈豎直狀態，可以平穩通過天車吊運實現拆裝。

4 工裝優化

根據使用效果可以看出本工裝的設計能夠達到控制車體接口尺寸的目的。但是工裝也存在部分不足，我們也對工裝做了相應的優化。

首先是工裝結構強度不夠，我們已經將工裝的司機室前端法蘭定位模塊、底架前端定位模塊由原先的12mm增加到了25mm，同時也增加了加強筋，減小了輔助焊接孔及減重孔的尺寸，極大的增強了工裝的結構強度。

其次為了減少焊接過程控制工裝角度尺寸的縱向加強筋組裝尺寸偏差，對縱向加強筋及司機室前端法蘭定位模塊、底架前端定位模塊做了相應優化。如下圖4、圖5更改了原先的組裝方式，有畫線點固定位，改為榫接定位，這樣可防止縱向加強筋安裝時傾斜，提高了裝配精度，從而提高了工裝的控制精度。

再次由于工裝重心偏上，工裝起吊使得底架前端定位模塊在拆裝時呈豎直狀態進行工裝的拆裝，我們通過利用三維軟件分析，通過增加配重塊的方法將工裝的重心下移，保證了工裝拆裝過程中，底架前端定位模塊在拆裝時呈豎直狀態。

5 總結

本文分析了新型動車組模型車接口尺寸控制的難點，描述了工裝設計制作的思路及使用效果，并對工裝提出了優化改進意見進行了設計優化改進，這為后續的新型動車的生產提供了優良的接口尺寸控制工裝，保證新車型的順利生產。

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