鐵道機車車輛制造工裝改進分析

陳曉龍

摘要：鐵道機車車輛制造是我國交通運輸體系發展的重要組成部分，擁有高質量的、可正常運行的機車車輛是運輸的前提。我國鐵道機車作為主要的運輸方式之一，必須要跟隨時代的發展，滿足人們的需求，不斷提高鐵道機車車輛的制造水平，改進生產工藝，才能夠在高速發展的社會中不被淘汰。文章分別就要簡要總結了車輛制造工裝的設計原理，分析了不同工裝改進前后的優缺點，對可能采取的解決方法進行探討，描述了其應用效果。

關鍵詞：工裝；改進；機車車輛

1 引言

鐵路機車車輛是適合大批量運輸的交通工具之一，因其具有環境負擔輕的特征。其中，作為運輸旅客的鐵道車輛，主要還是由普通鋼材、不銹鋼、鋁合金等原材料，利用焊接、接合技術，組裝車體及走行部件（轉向架），再搭載各種機組、設備投人運用。它可以降低工人勞動強度，增加工人操作安全性，從而使生產簡單化。因此，如何設計簡單、快捷、安全可靠的工裝，各制造廠家進行了探索，也取得了一定實效。

2 鐵道機車車輛生產線

目前的鐵道機車車輛生產線如進行詳細區分的話，有幾種不同的形式，但是大致流程都相同。由前道工序制作出車體后，經過車內裝配、涂裝、組裝整車把另行裝配的轉向架裝人車體）等流程作業，最后完成成品檢查、驗收后出廠。使用焊接、接合工藝技術較多的工段為其中的車體制造生產線及轉向架制造生產線。大多數的車體及轉向架的制作流程（一般）是：先通過對板材進行塑性加工，制作出各種零部件；再通過接合（焊接）工藝組合這些零部件，裝配成車體及轉向架。車體制作以箱狀6面體為主，而轉向架制作以組合空心梁狀結構件為主。由于兩種制作原材料的不同，因此制作順序及方法也有差異，其中比較大的差異是焊接、接合的方法。隨著通用的焊接、接合技術的發展，鐵道機車車輛制造中的焊接、接合自動化作業也隨之不斷發展。不過，必須由人工處理的作業仍然較多，特別是由焊接、接合作業引起的工件的熱變形、燒傷以及飛濺等的清除和修理作業，是最需要作業者的技能與經驗的。目前，各車輛制造商的生產線仍處于自動化與手工作業并存使用的過渡期。鐵道車輛的結構可大致分為車體部份與轉向架部份，前者是承載旅客與貨物的，由6面體結構組成，后者則是走行裝置。下文介紹了車體與轉向架結構及部位的裝配工序中所使用的焊接、接合工藝。車體的焊接：6面體車體一般的制作順序為：先焊接裝配車體的各墻板件，然后通過焊接接合各墻板，組成整個車體；端墻板件外側長度方向上的側墻板件長達20m左右，成為焊接作業負荷較大的部位。

3 常用夾具的設計

3.1 翻轉式夾具

翻轉式夾具在工藝裝備中較常使用，以往的設計結構如圖所示，夾具的缺點是操作繁瑣，插銷易丟失。改進后如圖所示，結構簡潔，裝卸容易。

3.2 旋轉式夾具

旋轉式夾具，其優點是夾緊點或夾緊位置上下距離調整方便，多用于產品試制。該夾具設計時需考慮安裝平臺的板厚S1、孔間隙δ1、摩擦因數f等因素，在力N的作用下，為使旋轉軸自鎖，其計算方式如下：

其中：F為桿受到的正壓力，P為摩擦阻力，M為翻轉力矩，N為壓緊力的反作用力，f為摩擦因數，δ為孔間隙，L為力臂，S為工作臺板厚，S'為力F之間的距離，θ為轉角。當P≥N時自鎖。（當孔間隙δ較小時，可視為與力N平行）。

4 鐵道車輛制造中保證焊接質量的方法

4.1 強調作業者技能的焊接質量管理

即便是在各種高質量焊接技術高度發展的今天，電弧焊接工藝還常用于重要部位的焊接以及鋁合金的焊接等接合困難的場合（緣于電弧焊是成熟的技術且應用廣泛）。電弧焊目前仍以人工作業為主，自動化程度并不高。因此，在焊接作業現場，要定期地對焊接作業者進行技能檢驗。使每一位焊工的焊接技能保持在一定水平上，才能維持焊接質量。日本國內外的每種工業都頒布了相應的技能檢驗標準，因此可按客戶要求的標準進行檢驗。無論采用哪種標準，鐵道機車車輛的制造根本（基礎）都是焊接作業人員，所以目前在很大程度上，焊接質量依賴于個人的技能。

4.2 通過確認焊接條件實施焊接質量管理

在電阻點焊接、激光焊接、FSW、部分自動化的電弧焊接方面，按照日常管理（細則）之類的要求，每天作業前需檢查焊接條件是否在合適的范圍內，通常情況下是通過使用焊接式樣進行各種破壞性試驗來確定焊接條件是否合適。試驗以靜載荷試驗（拉伸試驗）為主。焊接條件的改變，包括因焊接設備維修和工廠布局變化等造成的改變以及焊接設備的變更。因此，要確認各種改變下的焊接條件。

4.3 利用對焊接區的非破壞性檢查進行焊接質量管理

無論使用何種焊接方法，都有按照其重要程度實施各種非破壞性檢查（無損檢測）的要求。尤其是重要部位的焊接區，要通過放射線穿透試驗（RT）檢查內部有無缺陷，另外，還要預先進行2級檢查，即通過磁粉探傷試驗（MT）及滲透探傷試驗（PT）檢查焊接區表面有無缺陷。此外，對于自動化焊接的焊接部位的檢查，因其焊接區的狀態比較穩定，故也會利用超聲波探傷試驗（UT）對全部焊縫實施檢查。這些方法因為不破壞焊接區就能夠對實體焊件進行檢查，所以是焊接質量管理（控制）中的一種有效手段。然而，操作非破壞檢查裝置的人員必須持證上崗（指操作者應取得資格認證）以及具備相關技能的資格。

4.4 利用對裝置的狀態監控進行焊接質量管理

在以激光焊接及FSW為代表的自動焊接、自動接合工藝方法中，為確保接合區質量穩定，監控接合中的焊接、接合裝置的狀態是焊接質量管理的手段之一，也就是所謂的有效應用監控系統。激光焊接裝置及FSW裝置等幾種焊接裝置從應用初期就具備狀態監控功能。

5結語

以上是多年工作中總結的一點經驗，并取得了很好效果，帶來了一定的經濟效益。經過多年來的應用證明，快捷、簡單、可靠、安全、低造價是工裝設計始終追求的目標。目前，這些工裝正在企業生產中發揮著重要的作用。本文對我國鐵道機車車輛的生產進行了分析，簡單介紹了一些車輛的焊接技術，通過相關的介紹對我國鐵道機車車輛的制造工藝進行了改正，提高了制造水平，以便為我國鐵道機車車輛制作提供相關建議。

參考文獻：

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（作者單位：本溪鋼鐵集團有限公司北營廠區鐵運公司車輛作業區）