高速动车组车顶装配工艺关键尺寸管控

梁玉姣　李维

摘要：CRH380B高速动车组项目，铝合金车体对于列车运营安全性能起到至关重要的作用，其外形轮廓是经过多次试验与仿真之后完善出的最优尺寸，如何在生产过程中制造出满足设计尺寸要求的车体轮廓，需要在不断总结实际生产经验操作方法的同时改进装配工艺和焊接方法。其中，车顶组成在铝合金车体部件当中制约着车体外形轮廓，决定车体的高度和宽度。车顶组成由边顶和圆顶焊接构成，边顶属于拉伸型材，尺寸精度较高，圆顶由3块型材焊接构成，由于焊接变形的影响，致使关键尺寸在公差范围内不断变化，给车顶装配带来巨大难度。为了生产出满足车体装配使用的车顶产品，需要根据不同的圆顶尺寸采取相对应的装配方法，克服因公差累计造成的困难。经过长时间的摸索和总结，确定一套完整的车顶装配尺寸对应关系，针对不同的圆顶轮廓调整搭接量、C槽间距等。关键词：高速动车纽；车顶装配；搭接量；适应性

1 高速动车组车顶结构

CRH380B项目高速动车组，按照设计结构车顶共分5种车型，主要由边顶、圆顶、端顶、平顶、空调框等部件组成，其中圆顶与圆边顶搭接z3角焊缝，平顶与平边顶搭接a5角焊缝，均由CLOOS双枪自动焊接设备进行焊接。在轨道交通行业里，双枪焊接机器人一般用来焊接大部件的对称长焊缝，以控制焊接变形的均匀，双枪焊接时，对称焊缝的冷却时间、约束度等基本一致，所有焊接变形也相差不大，因此使用CLOOS设备焊接车顶长大焊缝可以最大化保证车顶的对称性。

2 车顶装配工艺适应性改进

以头车为例，边顶左、圆顶左、圆顶中、圆顶右、边顶右共5块型材均为拉伸型材，尺寸精度较高。其中圆顶左、圆顶中、圆顶右3块型材装配焊接成长圆顶，虽然采取合理的组焊工装以及焊接方法和参数，但依然无法保证圆顶轮廓尺寸的高精度，焊接部件与拉伸型材部件的尺寸精确度相差很多，焊接完成后采用火焰调修的方式提高圆顶轮廓尺寸精度，可以控制公差为±2mm。

车顶装配主要是装配圆顶和边顶，调整圆顶与边顶之间的搭接尺寸和搭接角度，其中搭接尺寸可以通过F卡等专用工具进行调整，操作难度较小，不易出现特殊问题，而边顶与圆顶的搭接间隙问题是车顶装配的主要难度，无论从操作难度和工艺标准上都是车顶组装工序的重点。

圆顶与边顶搭接断面，从机械设计角度来说此种设计结构属于双重约束，只有在理想状态下可以实现，在实际生产中无法实现正、反装都是0间隙的目标。因此，在高速动车组车顶装配过程中只能尽量调整搭接间隙，努力实现0间隙配合。

车顶部件重点控制的是弧度和宽度（弧度约束的是圆弧的半径，宽度约束的是圆弧的弦长），由于在弧长一定的条件下可以转变成一定半径和弦长的圆弧，高速动车组车顶铝合金材质可以通过火焰调修的方式改变弧度半径及弦长。因此，在车顶装配调整搭接间隙时，需要确保圆顶与边顶组成弧长尺寸与理论尺寸相同，改变圆顶与边顶之间的相对角度，改变圆弧半径的同时也减小了车顶内侧的搭接间隙，依照上述原理就可以实现车顶适应性装配。

调整车顶搭接间隙的具体操作方法：装配前测量圆顶宽度，即圆顶反装最外侧的两根C槽间距，依据圆顶C槽间距尺寸，可以得到圆顶的弦长和宽度情况，在装配边顶调整边顶与圆顶搭接量时做参考，制作35×39×60mm铝块，将此铝块放置在圆顶的外侧，吊运边顶入胎时可以拖住边顶下滑，测量边顶与圆顶外侧C槽距离，根据经验数值使用F卡、尼龙锤等工具调整搭接量，搭接量调整合适就可以保证圆顶与边顶组成的圆弧弧长合格，查看边顶与圆顶反装搭接间隙，在边顶定位块与车顶组焊工装之间用F卡支撑，顶起边顶定位铝块，改变边顶与圆顶之间的相对角度，顶起过程中不断观察边顶与圆顶搭接间隙，当小于0.5mm时停止操作，压紧工装压卡，手3ZMIG进行段焊锁定。此时车顶弦长尺寸过小，需要在车顶反装长大焊缝焊接完成后在边顶C槽上加横向支撑，向外撑车顶宽度，直至弦长尺寸满足公差要求，然后反装车顶进行正装焊接。

装配前测量圆顶内侧C槽尺寸和外形轮廓，根据长时间总结，圆顶C槽间距在2491～2497mm之间变动，了解车顶装配前信息之后，使用F卡调整圆顶与边顶的搭接量，根据不同情况控制搭接量在19～22mm之间，针对不同的X值，调整Y、Z值，使之满足车顶弦长尺寸。

此外，车顶组装胎位分布在CLOOS自动焊接机械手两侧，并且焊接设备需要旋转才能焊接两侧胎位的车顶，因此存在从车顶一位端至二位端和二位端至一位端的两种情况。由于焊接收弧方向热量高于起弧方向，相对应的变形更大，如果CLOOS设备从车顶一位端至二位端焊接，需要在二位端收弧方向适当的放大搭接量，约0.5～1mm之间，如果从二位端至一位端方向焊接，由于一位端存在空调框开阔型腔，对于焊接变形有制约作用，无需放大搭接量，上述提到的放量需要在实际生产中进行摸索与总结，并且不断完善，本文不再进行详细论述。

3 结论

根据长时间车顶装配经验得知，圆顶弧度+1mm、内侧C槽间距2495 mm为最合适的圆顶部件，已经反馈相关工序追求最优的产品。但是由于物料存在公差以及焊接间隙的调整，很难达到最优化的圆顶产品，因此只能通过调整车顶装配关键尺寸来消化因公差累计造成的装配难度。总结出上述尺寸对应关系与控制重点，无需再出现尺寸变化较大的圆顶时不知所措，甚至出现车顶弧度无法调修的现象。