200t钢板运输专用平车大底架的制造工艺
2010-10-26张杰锋南车石家庄车辆有限公司050000
张杰锋 南车石家庄车辆有限公司 050000
200t钢板运输专用平车大底架的制造工艺
张杰锋 南车石家庄车辆有限公司 050000
介绍了200t钢板运输专用平车大底架的结构及制造要求,通过对其框格箱型结构难点的分析介绍,制定具体的工艺措施及控制方法。
200 t专用平车;大底架组成;结构;工艺
200 t钢板运输专用平车是南车石家庄车辆有限公司(下简称石车公司)为某大型钢铁集团开发的200t钢板运输专用平车,主要在企业内运输钢板。该车的设计采用了4组2G轴转向架、2组小底架和一个大底架,见图1。大底架主要由T10~T20不等厚度的板材制作,采用了超大截面、无中梁、箱型框格结构。这种结构在平车上首次运用,大大降低了车体的自重,提高了承载能力。因为大底架外形截面尺寸大,火焰矫正效果差,又无法进行整体机械矫正,一旦焊后变形超限将难以弥补。同时它的制造质量又直接影响与小底架的配合、影响到整车性能,如何保证其制造质量,对制造工艺提出了很苛刻的要求。
1 主要结构
大底架组成见图2,外形尺寸:25270mm×3300mm×1360mm,为抽鱼腹式全封闭焊接结构。主要由1个下盖板、 4条纵向腹板、2个端板、1个地板及隔板等组成。其中地板为变厚度板,由中部的14mm变为两端的8mm;腹板10mm是两端抽鱼腹式变截面;下盖板20mm两端压型凹型结构。
2 钢结构的制造难点
2.1 板材厚度差别大
地板由中部的14m m变为两端的8mm,腹板10mm,下盖板20mm,横向有对接,纵向有坡口,焊接工艺复杂系数增加,变形的调修难度加大。因为截面高度大,整体机械矫正难以实现。这就极大增加了部件组装的精确度要求。
2.2 设计要求高,组装工艺难度大
大底架组成外形尺寸要求为:
心盘中心距:18300±20mm;
底架宽度(中部):3300±10mm;
旁承孔横向中心距:1500±3mm;
对角线差:不大于10m m;
腹板旁弯不大于3m m;
由此即可看出,钢结构的公差带范围很窄,制作要求很高。
地板、腹板、下盖板都需要横向拼接。下盖板组成外形尺寸大、强度高;地板、腹板、隔板与其箱型结构框格组装,各框格内要求全部施焊。选择合理的组装工艺,非常重要。
2.3 挠度尺寸控制严
大底架组成挠度的控制有两点具体要求:
两心盘18300mm尺寸间上挠度要求为20~30mm
承载面19000mm间挠度在20mm以内。
2.4 焊接工艺要求高
所有板材横向拼接焊缝全部要求超声波探伤检查。
图1200 t钢板运输专用平车
图2 大底架组成
各种厚度板材的焊接应力走向与消除控制,非常严格。
2.5 框格组装工艺要求高
因为没有零部件的预制,框格又彼此关联,组装质量持续影响。
3 大底架组成制造工艺
根据制造难点分析,产品制造工艺流程如下:
板材数控下料→机加工→下盖板、腹板拼接→横焊缝探伤→中隔板组成组装→中间纵向腹板组装→隔板、枕梁组装→外侧腹板组装→框格焊接→检测→地板组装→起挠→检测→横焊缝焊接、探伤→整车翻转焊→挠度检测→上心盘等组装→二次翻转→端梁组装。
根据以上对大底架组成的设计与制造难点的分析,采取了以下相适应的工艺措施。
3.1 控制关键零件的加工质量
鉴于纵向腹板属于长大拼接配件,直线度难以保证,经过工艺论证确定:
中隔板、枕梁腹板等各板对于纵向腹板的定位起着关键辅助作用,对所有隔板进行了机加工,精度控制在0.5mm之内。
对腹板进行了等离子切割下料后机加工校正,精度控制在不大于1m m。
3.2 挠度、工艺尺寸的确定
根据普碳钢焊接收缩量的经验数据(0. 8‰),确定腹板、下盖板整体工艺加长量为20mm,其中中间部分工艺加长量为15m m;地板加长量为35。
采用机械起挠度,不对配件进行挠度预制。因为板材厚度差异大,火焰矫正挠度作为辅助挠度工艺。
表1中的挠度数值是采用抛物线方程计算得出,同时加入了焊接收缩量参考。
3.3 合理的焊接工艺及参数
普碳钢有成熟的焊接参数,但是采用单层板、板材厚度差别大、要求如此严格的综合参数缺少经验数据,经过多次的焊接试验,确定了采用手工电弧焊和CO2混合气体保护焊相结合的方法,并制定了具体的焊接工艺参数。
所有零件采用了机械开坡口;坡口参数根据配件所处的位置而确定。
焊接作业时,6人2组同时对称退焊的焊接方法。
焊缝背面清根和焊缝缺陷清理等均采用风砂轮处理,不允许采用火焰清理;焊层之间采用手锤敲击消除应力的方法。
3.4 控制框格组装质量
无中梁的箱型框格结构,基本无部件组装的概念,各框格组装互相影响、质量要求非常严格。采用了同一个框格内交叉对称焊接、邻近框格对称焊接的方法,进一步提升拓展了传统的“零件保部件、部件保整机”的制造思路。
3.5 制定了底架翻转工艺
质量将近30吨、体积庞大、没有专门的翻转工装,又不能产生翻转扭曲等变形,翻转工艺的控制是个关键的因素。根据以往的经验,经过反复推敲,确定了由2部各起重20吨的双钩天车使用铁滑车同步翻转的方案。为此,制定了专门的起吊速度、平衡时间段要求、翻转速度、同步要求、计算确定了翻转部位、翻转部位的强度补强保护等工艺方法与参数,达到了预期的效果。
3.6 工装保证及关键尺寸工序控制
严格按照所确定的工艺顺序进行各零部件、底架的组装、焊接、翻转。
制作了专用的下盖板、腹板拼接工装;底架组对胎具等进行辅助定位及尺寸的变形控制。
制作了30米长的水平基准平台,基准的误差0.3mm。
根据设计要求的关键项点,进行重点控制:各中隔板与下盖板的垂直度、隔板间的平行度、纵向的直线度,都严格保证。
挠度值和焊接规范是关键特性,在组装和焊接过程中都是专人、多次测量挠度,边测量边记录。在翻转后对车体关键尺寸重新测量,确保了工序衔接的一致性,保证了组装质量。
4 结束语
在200t钢板运输专用底平车大底架的制造过程中,严格执行工艺卡片及图纸要求。制造完成后,进行了装载试验,各部尺寸都达到产品设计和使用要求,一次交检合格,并已装车使用。经用户信息反馈:投入使用以来,完全满足运营要求。
表l 中部承载面部分的挠度值 (/m m)
张杰锋(1969-10),男,工程师,2003年,毕业于北方交通大学交通铁路运输专业,现任南车石家庄车辆有限公司钢结构车间主任。