INNOVIA300型轉向架構架加工工藝

吳月峰，葛懷普，趙明明，王震宇

中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司 安徽蕪湖 241000

1 序言

轉向架在很大程度上決定了單軌列車的運行性能，而作為轉向架最核心的部件，構架是列車承載和傳力的基體，也是轉向架眾多部件聯結的主體骨架，是一個受力復雜的結構部件。它不僅承載車體上部所有的質量，而且承載并傳遞列車運行中產生的垂向、縱向和橫向3個不同方向的作用力，其質量對轉向架性能有著至關重要的影響?？缱絾诬壾囕v構架采用單軸非對稱式結構，與常規鋼輪鋼軌地鐵轉向架有較大差異。

2 INNOVIA300型構架設計特點

傳統地鐵車輛轉向架構架整體結構為H形。以DGY-470系列地鐵車輛構架（見圖1）為例，其由側梁、橫梁和端梁等部件拼焊而成。

圖1 DGY-470系列地鐵車輛構架

與傳統地鐵轉向架構架結構不同，INNOVIA300型跨座式單軌轉向架構架結構緊湊復雜，由電動機吊座、基礎框架、二系懸掛臂、牽引桿安裝座及其他焊接件組焊而成，為焊接鋼結構，構架總成如圖2所示。構架上裝有4個導向輪、2個穩定輪，通過沙漏型橡膠彈簧支撐車體，沙漏簧具有垂向和橫向彈性，能夠允許轉向架相對車體產生轉角，使車輛順利通過小半徑曲線。

圖2 構架總成

3 加工方式的比選及優化

傳統加工方式包括單件加工后再拼焊和毛坯件拼焊后整體加工兩種。前者的優點是在滿足尺寸公差的基礎上，效率相對較高，適合車間工位制節拍化生產；缺點在于整體尺寸精度較差，不適合精度要求＜1mm的構架。后者的優點在于工件穩定性好，整體尺寸精度較高；缺點在于需對構架整體進行熱處理，工序瓶頸較大，且對設備要求較高。由于INNOVIA300型構架加工精度高、無需焊后熱處理，所以這兩種方式均不適用。需基于傳統工藝做進一步的調整，以滿足加工需求。

4 工藝流程設計

在傳統的毛坯件拼焊后整體加工的工藝基礎上，進行有針對性的調整。在劃線工序之前新增調平工序，對構架焊后的加工基準面調至同一水平面。取消傳統工藝中的退火工序，調平后進行劃線及機械加工，加工結束后使用專用設備進行尺寸檢測。

（1）調平 傳統的構架加工工藝無調平工序，針對INNOVIA300型單軌構架結構緊湊、尺寸精度高的特點，焊接完成后，兩側二系懸掛臂因收縮變形而不在同一水平面，影響后續機械加工。需要在構架劃線工序之前增加調平工序，將兩側二系空簧面調至同一水平面上，既可保證構架整體結構不變形，又可確保各加工面有充足的加工余量。

（2）構架劃線 將B基準（見圖2）與工裝定位基準貼緊，將兩空簧面調至同一水平面上。檢查引擎板是否有加工余量，若沒有加工余量，則重新調整兩空簧面，保證厚度8mm。調整完畢后，將螺栓緊固，使構架緊固在工裝上。確定A基準豎直方向尺寸，并對構架豎直方向加工尺寸劃線。翻轉工裝90°，確定A基準水平方向尺寸，并對構架水平方向加工尺寸劃線。X方向加工尺寸由機床程序中已設置完成的相對坐標確認。

（3）構架整體機械加工 跨座式單軌轉向架構架加工工藝流程為：開工前準備→構架裝夾→加工引擎板和制動夾鉗→加工牽引連桿、穩定輪、集電靴（左）和連接座（左）→Y軸翻轉90°加工導向輪→Y軸翻轉90°加工集電靴（右）和連接座（右）→加工二系簧面。

（4）使用專用量具檢測 機械加工前使用高度尺劃線確保加工余量；機械加工后使用三坐標檢測設備并檢驗加工精度。

5 工藝創新

傳統的構架加工工藝需在劃線前對構架整體進行退火熱處理以消除焊接殘余應力，控制焊接變形。這種方法投入的成本大、耗費的時間長，且對場地、設備操作人員等要求較高。通過制定合理的焊接工藝參數、設計工裝定位以及適當的反變形放量，可以有效地降低焊接殘余應力，控制構架的焊接變形，保證構架的整體尺寸，故可不采用熱處理工序，從而節省大量的人力、物力成本。

6 焊接中的工藝放量

由于構架各部件在焊接過程中會產生收縮變形，所以為了保證構架制造完成后的尺寸滿足圖樣設計要求，在構架基礎件下料時進行相應的工藝放量，經實物批量加工驗證合格。

1）導向輪安裝座長度與厚度方向均加3mm的工藝放量，這樣既保證了焊接完成后基準到邊尺寸，又保證了機械加工鉆孔后孔到邊的壁厚。

2）下蓋板長度方向加1mm的工藝放量，對應的內外立板、上蓋板也加長1mm，保證了焊接完成后二系懸掛臂組裝的尺寸精度。

構架整體為全焊接結構，設計焊縫部分為全熔透焊縫，包括單面焊雙面成形，對接頭間隙、坡口角度和鈍邊尺寸要求較高。通過對試制構架關鍵位置的全熔透焊縫的間隙及鈍邊尺寸進行分析，確定了工藝優化的放量更改：①全熔透焊縫位置間隙放量為3mm，保證焊縫熔透。②全熔透純對接焊縫鈍邊尺寸更改為（0.8±0.2）mm。

通過不斷改進與優化工藝，構架焊接完成后的實際尺寸已達到穩定狀態，滿足了圖樣設計要求。

7 穩定輪安裝座焊后對稱度的保證

穩定輪安裝座焊后變形較大，加工時存在一側加工量不足、另一側加工量過大的情況，影響后續穩定輪的安裝。

解決措施：調整焊接順序。針對二系懸掛臂焊后向一側偏移的情況，先焊接對稱側焊縫以提供變形約束。此外，在構架總組工裝上設計側梁定位工裝（見圖3），除對穩定輪安裝座組裝定位尺寸進行嚴格控制外，同時也對焊接變形提供一定的約束。

圖3 側梁定位工裝

8 解決橫向減振器厚薄不均問題

橫向減振器焊接完成后平面度超差，機械加工后出現厚薄不均的問題，對后工序安裝螺栓造成影響。

解決措施：調節加工工序為先機械加工再焊接，通過機械加工保證牽引桿連接座厚薄一致，通過合理的焊接工藝保證幾何公差。

9 解決制動板外側垂直度超差問題

制動板外側設計加工量僅有2mm，焊接完成后垂直度超差會引起該部位加工時無加工余量，是今后列車運行時的一個潛在風險。

解決措施：增加電動機吊座定位工裝1mm反變形量，通過反變形調節焊接收縮引起的偏差影響。

此外，在機械加工劃線工序時，通過調節兩邊空簧面高度來調節電動機板的垂直度，在保證兩邊空簧面最大高低差≤2mm的情況下，盡可能使電動機板垂直，使得空簧面與制動板外側均留有較大加工余量。

10 結束語

跨座式單軌轉向架構架整體結構緊湊復雜，加工部位多、精度高且難度大，構架質量對整車性能有至關重要的影響。對于該類重要部件，除掌握焊接知識外，還必須對機床、夾具、刀具和工件加工工藝特點進行分析，改進加工工藝，才能完成工件的加工，生產出合格的產品。除焊接工藝外，技術人員在機械加工工藝準備、工藝實施和工藝改進過程中，必須細致、謹慎和認真地做好每一步工作，才能設計出嚴謹且合理的工藝流程。