HGCZ-2000型換軌車車架制作工藝

申志軍

(寶雞中車時代工程機(jī)械有限公司 株洲分公司，湖南 株洲412000)

0 引 言

在發(fā)達(dá)國家，鐵道線路換軌作業(yè)大都采用大型工程機(jī)械作業(yè)，效率高，施工安全性有保障。而我國目前換軌作業(yè)的方法主要使用簡易機(jī)具或改裝車輛，施工安全性差，施工組織復(fù)雜，換軌作業(yè)效率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年換軌作業(yè)量達(dá)上萬公里，施工任務(wù)十分繁重。為提高效率，滿足換軌任務(wù)量要求，現(xiàn)場迫切需要用來更換無縫線路的專用施工機(jī)械[1]。基于此背景，我公司于2012年正式成立了換軌車設(shè)計(jì)課題組，承擔(dān)換軌車研制任務(wù)。

1 整車總體布置及技術(shù)參數(shù)

換軌車主要由車架、非動力轉(zhuǎn)向架、動力轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、司機(jī)室、扣件回收系統(tǒng)、作業(yè)機(jī)構(gòu)、制動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。車輛前進(jìn)方向前端設(shè)有司機(jī)室，后端設(shè)有操作室；工作機(jī)構(gòu)布置在車輛下部、扣件回收系統(tǒng)布置在車輛中部，動力系統(tǒng)和液壓站、柴油箱布置在車輛尾部（總體布置見圖1）[2]。

圖1 整車總體布置圖

其主要技術(shù)參數(shù)如下：整備質(zhì)量77 t±2，實(shí)際軸重約23 t，最高掛運(yùn)速度100 km/h，通過最小曲線半徑145 m，環(huán)境溫度-20～+50℃，最大坡度33‰，車輛定距25 000 mm，軌距1435 mm，車輛長度31 480 mm，車輛高度4540 mm，車輛寬度2938 mm，車鉤中心線距軌面高880±10 mm，限界符合GB146.1標(biāo)準(zhǔn)軌距機(jī)車車輛限界要求。

2 車架工藝分析

換軌車車架長度為30 680 mm，寬度為2800 mm，芯盤中心距25 000 mm，無中梁結(jié)構(gòu)，邊梁為工字型鋼結(jié)構(gòu)，主要由側(cè)梁、牽引梁、枕梁、下側(cè)梁、橫梁以及地板組成，主體為焊接結(jié)構(gòu)（車架見圖2）[3]。

圖2 車架圖

牽引梁為箱型結(jié)構(gòu)，主要由上下蓋板、腹板并配套17型車鉤安裝用沖擊座、后從板座等組成，制作過程中關(guān)鍵在于控制前后叢板座距離625 mm及腹板間距350 mm，下蓋板上各安裝孔均焊后加工（牽引梁見圖3）。

枕梁為魚腹形箱型結(jié)構(gòu)，主要由上下蓋板、腹板及隔板組成，采用球面上心盤。制作過程中關(guān)鍵在于控制下蓋板心盤面的平面度不大于1 mm（枕梁見圖4）。

圖3 牽引梁圖

側(cè)梁主要由上下蓋板、腹板及立柱組成。因原材料采購原因側(cè)梁上蓋板、下蓋板、腹板都是拼接部件，上、下蓋板和腹板相互間的拼接位置必須避開拼接禁區(qū)，拼接焊縫必須進(jìn)行超聲波探傷檢測，焊縫表面要平滑過渡，返工次數(shù)不允許超過2次（側(cè)梁見圖5）。

根據(jù)圖樣及相關(guān)技術(shù)文件的要求，車架組成后兩枕梁間側(cè)梁上撓度控制在50~60 mm之間，且不允許有突變；兩側(cè)梁旁彎必須控制全長范圍內(nèi)不大于10 mm,每米不大于2 mm；兩枕梁外牽引梁上翹、下垂和甩頭均要求不大于5 mm；車架對角線之差不大于15 mm，四角高度差不大于8 mm，同一端兩角高度差不大于3 mm[3]。通過工藝分析可知其制造工藝難點(diǎn)在于側(cè)梁撓度、旁彎和牽引梁上翹下垂、甩頭的控制。

圖4 枕梁圖

圖5 側(cè)梁圖

3 車架試制工藝措施

車架總體組裝流程為牽引梁、枕梁、側(cè)梁等大部件單獨(dú)制作后再整體組焊成車架。針對以上工藝難點(diǎn)，在對圖樣及相關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上采取下述相關(guān)工藝措施。

1)牽引梁制作時采用工裝組焊，嚴(yán)格控制前后叢板及兩腹板間間距，腹板與下蓋板間每隔500 mm加裝工藝撐桿，焊接時由2名高級焊工由一端向另一端對稱施焊，并嚴(yán)格控制焊接參數(shù)以減少焊接變形。焊接完成待工件完全冷卻后，方可去除工藝撐桿，以防止下蓋板產(chǎn)生角變形。車鉤安裝孔待焊接完成后整體加工。

2)枕梁組焊重點(diǎn)在于下蓋板心盤面的平面度控制，要求下蓋板下料后必須進(jìn)行校平后再進(jìn)行折彎加工，折彎成形后檢測下蓋板心盤安裝面的平面度不應(yīng)大于1 mm。組焊作業(yè)同樣采用工裝，施焊過程同樣由2名高級焊工嚴(yán)格按照焊接參數(shù)對稱施焊。焊接完成并完全冷卻后整體加工芯盤安裝孔并鉚接芯盤。考慮焊接順序問題，枕梁上蓋板必須在車架組裝完成，以及枕梁內(nèi)側(cè)與側(cè)梁連接焊縫施焊完成后方可組裝。

3)側(cè)梁腹板備料過程中必須預(yù)制撓度，根據(jù)車架最終撓度要求，考慮焊接過程中的整體下垂和變形，確定腹板預(yù)制75 mm撓度，同時為防止拼接過程中上下蓋板與腹板因焊接收縮總長變短，在下料時將上下蓋板與腹板各加長50 mm工藝余量。各板拼接部件根據(jù)下料工藝文件要求避開拼接禁區(qū),拼接焊縫采用雙V型坡口，并且上大下小，焊接采用多層多道焊，上下焊縫輪流施焊，碳弧氣刨進(jìn)行清根，各拼接焊縫在其冷卻24 h后方可進(jìn)行超聲波探傷檢測。側(cè)梁上下蓋板、腹板的組裝在側(cè)梁組焊胎上進(jìn)行，裝配方式采用臥裝，上、下蓋板間間隔500 mm加焊工藝撐，以防止蓋板、腹板角焊縫焊接時上下蓋板角變形，工藝撐的組裝位置錯開立柱位置。焊接時先焊側(cè)梁立柱處焊縫，再裝配側(cè)梁立柱，整體施焊時側(cè)梁立焊，然后焊接側(cè)梁蓋板、腹板間角焊縫，焊縫采用多層多道對稱施焊，上蓋板與腹板間焊縫以及下蓋板與腹板間焊縫輪流施焊，焊接時上蓋板與腹板焊縫時側(cè)梁中部擺放75 mm墊板，4名高級焊工按照規(guī)定的焊接參數(shù)對稱施焊，翻邊焊接時兩端墊75 mm墊板，同樣4人對稱施焊。其中下蓋板與腹板的焊縫由兩端向中間施焊，上蓋板與腹板的焊縫由中間向兩端施焊。組焊下側(cè)梁時，下側(cè)梁腹板必須根據(jù)側(cè)梁腹板撓度預(yù)制相同的撓度,以保證兩者間的組裝間隙。組焊完畢劃出側(cè)梁中心線及心盤距中心線，打上樣沖眼，同時劃出車體橫梁及機(jī)構(gòu)支架安裝線。端板待車體組焊地板裝配完畢后再進(jìn)行組裝。側(cè)梁組成檢查重點(diǎn)檢查側(cè)梁旁彎及撓度。其組焊完成后的撓度必須在70~75 mm范圍內(nèi)，旁彎每米不大于2 mm且不允許存在死彎。

4)車架組焊時制作專用組焊工裝，定位基點(diǎn)選用枕梁芯盤，控制兩枕梁的芯盤中心距符合圖樣要求，為防止?fàn)恳涸谲嚰苁┖高^程中因側(cè)梁撓度變化造成的上翹，在固定牽枕梁時應(yīng)將其人為下垂預(yù)制,初步確定下垂量為8 mm（此數(shù)值的確定不僅考慮組焊過程中側(cè)梁撓度變化的影響，同時還考慮整車組裝各部件重量對撓度變化的影響，因此按8 mm確定下垂量，車架組焊完成后牽引梁下垂在2~4 mm范圍內(nèi)，整車組裝后側(cè)梁撓度會進(jìn)一步減少為20~30 mm，此時牽引梁基本處于水平狀態(tài),此狀態(tài)有利于車鉤緩沖裝置的組裝和調(diào)整）。側(cè)梁組裝時兩側(cè)梁寬度控制為2805 mm（考慮焊接收縮組裝時尺寸放大5 mm），便于中間橫梁及機(jī)構(gòu)支架的裝配，兩側(cè)梁間每隔2 m加裝工藝撐固定兩側(cè)梁，橫梁及機(jī)構(gòu)支架同步擺放到位，利用工藝撐及千斤頂逐步定位側(cè)梁，調(diào)整橫梁及機(jī)構(gòu)支架，定位、夾緊側(cè)梁中部加支撐，兩側(cè)梁中部以工藝撐桿頂起70 mm撓度。整個過程重點(diǎn)控制牽引梁和枕梁的固定、側(cè)梁定位、中部預(yù)制撓度支撐等。另外制動系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及各作業(yè)機(jī)構(gòu)與車體連接的附屬件都在此工序制作完成。焊接過程中應(yīng)注意不同部位焊縫的焊接先后順序，原則上先焊接牽引梁、枕梁、側(cè)梁間的連接焊縫，再焊中部各橫梁與側(cè)梁間連接焊縫，盡量采用對稱焊接，焊后必須待車架完全冷卻后方可去除工藝撐桿。

4 結(jié)語

車架組完成后，質(zhì)檢人員對其進(jìn)行了嚴(yán)格檢查，檢查結(jié)果顯示，車架組成后枕梁間兩側(cè)梁撓度分別為54 mm和58 mm，兩端牽引梁下垂分別為3 mm和4 mm、甩頭為3 mm，兩梁側(cè)旁彎每米不大于2 mm，全長為8 mm，車架對角線之差為10 mm，四角高度差為6 mm，同一端兩角高度差最大值為5 mm。全部符合要求，順利通過了首件鑒定，并向驗(yàn)收室進(jìn)行了交驗(yàn)。試制結(jié)果驗(yàn)證了針對車架所采用的工藝措施切實(shí)可行有效，設(shè)計(jì)使用的工裝方便實(shí)用，整個試制工藝過程處于有效控制狀態(tài)，為后續(xù)批量生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同時，車架試制也發(fā)現(xiàn)了不少問題，涉及圖樣、相關(guān)技術(shù)文件、工藝文件等方面。樣機(jī)試制工作完成后，產(chǎn)品圖樣、相關(guān)技術(shù)文件以及工藝文件需進(jìn)行整理和修改完善，工藝部門需根據(jù)圖樣的變動及試制中發(fā)生的問題，進(jìn)行工藝分析，重點(diǎn)對工藝流程及各安裝作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行細(xì)化和完善，使其具備小批量生產(chǎn)該車型的工藝保證條件。