P95型大修列车履带走行装置大梁维修工艺研究

2016-03-09耿路峰

轨道交通装备与技术 2016年3期

高兵耿路峰

(常州市瑞泰工程机械有限公司江苏常州 213011)

P95型大修列车是上海工务机械段2002年从瑞士MATISA公司引进的大型养路机械设备，自动化程度高，操作人员少，能快速切入工作，可多个工序同时进行，维修保养方便，换轨、换枕效率高。P95型大修列车由WES辅助车、WM作业车、GT工作机构、WF动力车及WMM材料车5部分组成[1]。

1 失效情况

P95型大修列车作业时履带走行装置在承轨槽中走行，并作为主要承重部件[2]。由于工况恶劣、受载较大，且已连续使用10年，大梁损坏较严重。

大梁中部矩形梁出现了严重的扭曲变形，造成前后履带错位，导致走行过程中履带碾压道钉，损坏轨枕，甚至无法完成切入、切出作业；芯轴锈蚀变形无法取出；法兰连接板锈蚀变形，螺栓孔损坏严重。

(a) 矩形梁扭曲变形 (b) 法兰部件损坏图1 大梁失效情况

2 维修工艺

首先对前、后大梁进行整体状态检测：包括磁粉探伤、硬度检测、成分分析、力学性能试验等，经过方案评审，最终确定了“前大梁修复、后大梁新造”的维修方案。

2.1 大梁总体维修方案

由于后矩形梁破坏严重，所以新造后矩形梁，再与后横梁拼装焊接，然后进行机加工，最后与前大梁进行拼装。工艺流程为：(1)下料、折弯；(2)前大梁法兰部件焊接、机加工；(3)后矩形梁各板拼装焊接；(4)后矩形梁与后横梁拼装焊接；(5)后矩形梁与法兰部件拼装焊接；(6)移植偏心轴支座及微调油缸支座；(7)大梁新增焊缝磁粉探伤；(8)后大梁机加工；(9)前、后大梁试组装；(10)焊后处理：抛丸、喷漆。

矩形梁的拼接是保证大梁制造精度的关键工序，其拼装焊接流程如下：(1)拼接芯轴支撑部件即支撑筒、支撑盘、支撑筋板；(2)点拼矩形梁上板与左侧板；(3)点拼芯轴支撑部件与上板；(4)点拼各支撑筋板与上板、左侧板；(5)点拼下板与左侧板、筋板；(6)焊接各板之间的角焊缝；(7)点拼三块右侧板；m(8)焊接上、下板与左、右侧板外侧角焊缝。

2.2 工装设计

前、后大梁分别连接1套履带走行装置，为保证其均能在承轨槽中正常走行，对前、后大梁的加工组装精度提出了较高要求，因此根据大修列车大梁的特殊结构设计了专用工装。整体工装分前、后两部分，分别支撑前、后大梁，工装根据大梁尺寸要求固定在组装平台上，如图2所示。

工装加工工艺为：(1)火焰切割槽钢下料； (2)点拼组装工装底座；(3)焊接底座角焊缝；(4)焊接底座四角底板；(5)点拼立柱与小平板；(6)立柱、筋板点拼至底座；(7)立柱、筋板、底座之间角焊缝焊接；(8)机加工底板及小平板；(9)前后工装定位到组装平台；(10)加工各定位轴；(11)大梁吊至工装，点焊定位轴；(12)焊接微调油缸支座定位工装。

图2 工装示意图

2.3 芯轴设计

芯轴将大梁与车体连接起来，曲线作业时，大梁绕芯轴转动。考虑到芯轴的重要性，根据成分检测报告，并结合比较成熟的捣固装置振动轴加工工艺，最终选用42CrMo作为芯轴材料。

由于进行了破坏性拆解，芯轴已被切割为几段，无法复原，只能在各残余段尺寸基础上进行重新设计。拆卸芯轴后观察表面磨痕，确定芯轴与大梁、芯轴与车体横梁的配合关系：芯轴与车体横梁为过盈配合，芯轴与大梁为间隙配合。

芯轴制造成本较高，因此制作假轴试装，检测车体芯轴孔上下两段的同轴度，根据车体横梁上芯轴孔直径测量结果确定假轴为ø80.02 mm。假轴在现场安装时，与横梁配合紧密，且安装方便，说明假轴尺寸是合适的。因此确定芯轴与车体横梁配合段为ø80 mm，上、下偏差分别为0.06 mm、0.02 mm。后大梁芯轴孔为ø80 mm，上、下偏差分别为0.15 mm、0.10 mm。芯轴组装及施工情况表明，芯轴与车体横梁、芯轴与大梁的尺寸配合关系设计合理，安装方便，作业稳定，安全可靠，既能保证按期完成生产任务，又确保了质量。

2.4 法兰部件焊接

法兰部件连接前、后大梁，如果变形严重，前、后大梁将无法组装，或者即使组装起来，受焊接应力的影响会造成前、后大梁扭曲，缩短使用寿命。

初始方案：先将2块法兰板加工至规定尺寸，各螺栓孔加工到位；接着用螺栓将2块法兰板固定为一体，将法兰板依次焊接到前、后大梁上。但问题是上法兰部件与后大梁焊好之后会有残余应力，松开螺栓之后，连接板可能会发生翘曲变形，导致前、后大梁2块连接板无法再进行组装或组装后大梁发生扭曲。为减小焊接变形对大梁加工组装的影响，提出了改进方案，即将法兰部件分别焊接到前、后大梁上，留出加工余量；焊后再机加工2个法兰部件。由于法兰部件留出了加工余量，所以前后工装就有1个高度差(等于法兰部件加工余量)，法兰机加工后再消除此高度差重新进行组装。这样即使法兰板在焊接时有较大变形，也可在机加工时将其消除，保证了加工组装精度。

2.5 大梁机加工

由于大梁各支腿哈夫不在1个平面上，若直接用哈夫支撑，其中1个支腿哈夫与支撑平台有近5 mm间隙。原因是有些哈夫不是在半圆位置剖开，而是一半大，一半小，测量各哈夫ø85 mm孔最高点，基本在同一高度。在各哈夫与支撑平台间调整垫片，调至两承压板在同一水平高度，以此为基准，铣法兰板平面，余量约为 7 mm。

后大梁上的芯轴安装孔与芯轴的配合精度较高，如果孔径过大会造成大梁定位不准，如果孔径过小会造成安装困难，甚至要返厂加工，所以要确保1次加工到位。并且此孔进深较大，有400 mm，需要用到特殊加长镗刀，如图3所示。

图3 镗芯轴孔

镗孔目标尺寸为80 mm，上偏差为0.15 mm，下偏差为0.1 mm。镗孔步骤：粗镗67 mm；粗镗75.5 mm；半精镗79.5 mm；精镗80 mm。

由于此芯轴孔分为上、下支撑盘2段，中部为矩形梁空腔，不需加工，所以在走刀时上、下支撑盘加工段慢进慢退，中部不加工段快进快退。粗镗、半精镗是周向2个刀片，直径等于设定的镗孔直径，退刀时以与切削时相同的进给速度旋转退出，防止拉伤内表面。精镗刀周向只有1个刀片，所以精镗退刀时，刀具停转，先进行角度定位(spos=45)，然后在径向退0.2 mm，之后直接向上提升刀具。精镗前余量为0.45 mm，分2步精镗，每步先轴向试切8 mm，测量孔径，确保正确后继续精镗。