HXD3C電力機車司機室鋼結構制造工藝研究

劉雁杰，單文波

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HXD3C電力機車司機室鋼結構制造工藝研究

劉雁杰1，單文波2

（1.中國鐵路太原局集團有限公司大同電力機車車輛監造項目部，山西 大同 037038； 2.中車大同電力機車有限公司，山西 大同 037038）

對HXD3C電力機車司機室鋼結構的結構特點進行了分析，并針對各組成部件的具體特點設計了科學、合理的制造工藝及工裝，有效保證了各部件及司機室鋼結構的制造質量，順利完成了試制任務。

電力機車；司機室；制造工藝；結構設計

司機室是機車車體的重要組成部分，與底架、側墻、頂蓋等共同構成機車車體，在整個機車運行壽命中起著舉足輕重的作用。從機車車體的宏觀角度看，司機室制造質量對于后期機車車體各部件的整體組焊、機車運行的整體協調性以及外觀文化狀態都將產生較大的影響；從機車批量生產角度看，司機室制造質量將會直接影響到后續操縱臺、空調等關鍵設備的安裝及其性能的發揮，對單臺機車的最終運行狀態及運行壽命都將產生一定的影響。因此，在機車試制前期設計出合理、可行的制造工藝，是順利完成司機室制造任務的基礎，也是圓滿完成機車生產任務的前提條件。

本文以HXD3C電力機車車體司機室為模型，對其整體結構特點及其各部件的具體結構進行了全面闡述，并對司機室鋼結構及其各部件的制造工藝進行了深入分析和研究，期望對各型機車車體司機室的結構設計改進和制造工藝優化能夠起到一定的參考作用。

1 司機室鋼結構總體介紹

HXD3C電力機車司機室鋼結構如圖1所示，主要由左右側墻、頂蓋、后墻、前臉和空調墻等部件組成。司機室鋼結構總體長2 630 mm、寬3 100 mm、高2 500 mm。由于采用了模塊化設計，側墻、頂蓋、后墻、前臉和空調墻都自成一體。在所用材料方面，除內置螺母、螺母座外，其余部件的材質均為Q345E或Q235A.

圖1 司機室鋼結構模型

2 司機室鋼結構制造工藝

基于司機室鋼結構各大組成部件均采用模塊化設計這一前提，在對設計結構進行深入分析的基礎上，依據“由單件到部件，由部件到組件，由組件到產品”的基本工藝思路，針對各大組成部件及司機室鋼結構總成分別設計了具體的制造工藝。

2.1 司機室側墻制造工藝

左側墻與右側墻為對稱結構，都是在由圓管、梁體等組成的骨架外側覆蓋有6塊蒙皮，如圖2所示。

圖2 司機室鋼結構側墻模型

所有蒙皮厚度為10 mm，由于蒙皮較厚，在焊接過程中發生焊接變形的趨勢較小，側墻組焊后外側平面度相對較易保證。但是，由于整個側墻的骨架不在同一個平面上，而且各部件的位置尺寸要求較高，因此設計、制造了側墻組焊專用工裝，如圖3所示。為了滿足后續司機室總成工序的需要，在側墻專用工裝設計過程中，所有部件都選擇司機室下底面作為司機室高度方向的基準面，并加以統一定位。另外，為了防止在圓管與斜梁焊接過程中，由于局部受熱引起圓管發生空間變形，在圓管的易變形位置設置了定位及壓緊裝置。

圖3 司機室側墻鋼結構組焊專用工裝

2.2 司機室頂蓋制造工藝

司機室鋼結構頂蓋如圖4所示，其是由前梁、后梁、橫梁、縱梁、彎梁、燈罩、蒙皮組焊而成。其中，前梁、橫梁、縱梁都是用方管型式的型鋼加工而成，后梁、彎梁、燈罩都是由備料件組焊而成。頂蓋制造的工藝難點主要有2方面：①如果在自由狀態下組焊，焊接變形會使頂蓋發生扭曲，對組焊成型后的尺寸會產生一定的影響；②由于燈罩的安裝位置處是弧形結構，所以，燈罩相對基準的空間位置尺寸不易測量。因此，為了能夠徹底解決這2項制造工藝問題，針對司機室鋼結構頂蓋設計了專用的頂蓋組焊工裝，如圖5所示。由圖5可見，為了能夠保證各梁、蒙皮及燈罩之間的相對空間位置尺寸，在工裝上設計了針對每一個部件的定位及夾緊裝置。

圖4 司機室鋼結構頂蓋模型

2.3 司機室后墻制造工藝

司機室鋼結構后墻如圖6所示，與側墻、頂蓋相比，其結構更為簡單，只是在框架結構骨架的外側覆蓋1層蒙皮。但是，為了更好地保證門框部分的形位尺寸，針對后墻也設計了專用的組焊工裝。為了避免骨架與蒙皮焊接時，由于焊接變形而造成蒙皮局部變形進而出現的后墻平面度超差，在后墻組焊工裝的平臺上有針對性地設置了一些定位、壓緊裝置，如圖7所示。

2.4 司機室空調墻制造工藝

空調墻如圖8所示，主要由彎板、風道及壓型槽鋼組焊而成。雖然空調墻也是司機室鋼結構非常重要的一部分，但是由于其結構更加簡單，在制造過程中不需要使用專用的組焊工裝，只需要將彎板放置在平臺上，通過劃線確定風道及槽鋼的位置，再進行焊接即可。

圖5 司機室鋼結構頂蓋組焊專用工裝

圖6 司機室鋼結構后墻模型

圖7 司機室鋼結構后墻組焊專用工裝

圖8 司機室鋼結構空調墻模型

2.5 司機室鋼結構總成工藝

由于HXD3C機車司機室鋼結構外形輪廓龐大，各部件形位尺寸要求高，因此，總成工序必須借助專用工裝來完成，如圖9所示。

圖9 司機室鋼結構總成專用工裝

專用工裝的設計思路為：①為了能夠保證側墻相對于司機室中心的位置尺寸及其整體的垂直度，不僅在組焊工裝的平臺上設置了底部定位，還在工裝的中上部設置了側墻整體定位及夾緊裝置；②為了保證頂蓋的空間位置尺寸，在工裝上部設置了頂蓋定位裝置；③為了確保空調墻相對司機室橫、縱向基準的空間位置尺寸，在工裝前端設置了專門用于定位空調墻的定位、夾緊裝置。

司機室鋼結構總成工藝過程大致為：①將交檢后的司機室左、右側墻吊運至組焊平臺，并分別放入相應位置；②分別調整左、右側墻，使其各部位能夠緊靠定位，并用夾緊裝置進行固定；③將司機室后墻吊裝至組焊工裝平臺，靠緊自身相應定位后，用夾緊裝置進行固定；④將司機室頂蓋吊裝至工裝上，并靠緊專用定位，通過快速夾緊裝置將其各部位的空間位置調整到位；⑤將空調墻吊裝至工裝上的相應位置，并通過定位、頂緊裝置將其固定；⑥將組焊好的前臉部分吊裝至工裝上的相應位置，通過研配將其調整到位，并對其與左右側墻、頂蓋、空調墻相連接的焊縫部位進行點焊固定；⑦點焊、固定司機室鋼結構各部分之間的相對位置；⑧焊接司機室鋼結構各部分之間的連接焊縫。最終成型的司機室鋼結構的外觀形貌及輪廓特征如圖10所示。

圖10 司機室鋼結構產品圖

3 結束語

通過對司機室鋼結構整體及其各主要組成部件進行工藝分析和研究，為司機室各部分的制造設計了合理、可行的制造工藝及工裝。經過整個車體鋼結構試制過程的實踐檢驗，證明這些制造工藝及工裝不僅能夠有效解決焊接變形對制造質量的影響，還能很好地保證各關鍵部位的形位尺寸及空間形態，為整個司機室鋼結構的試制成功乃至整個車體鋼結構研發任務的完成奠定了基礎。

〔編輯：張思楠〕

2095－6835（2018）19－0057－02

U260.38

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.057