铁路大锥度罐体制造工艺研讨

张新生

摘 要：本文以新型铁路80t水泥罐车为例，简要介绍了铁路大锥度罐体的制造工艺流程及制造工艺难点，详细讲述了制造工艺难点的解决方案，并对制造工艺进行了总结。

关键词：大锥度罐体；工艺难点分析；解决方案

中图分类号：TM585 文献标识码：A

一、概述

铁路罐车主要用来装运液体、液化气体及粉状货物。根据《中长期铁路网发展规划》，2020年前，我国铁路将陆续实行客货分线运输，形成“客运高速、货运重载”的战略格局，对货车技术发展提出了新的、更高的要求。为了满足我国铁路重载运输发展要求，我公司在对我国现有水泥罐车运用情况、装载货物情况进行认真调查的基础上，完成了载重80t、每延米重为8.33t/m的水泥罐车设计方案及样车试制，并完成了相关性能试验及运营试验。

新型水泥罐车采用无通长中梁牵枕结构，罐体采用直锥圆截面斜底结构，罐内装设斜槽式流化床，新型80t级水泥罐车结构图如图1所示。此新型罐体结构增大了罐体容积，提升了载货量，且改进了卸载方式，改善了卸载效果，将成为铁路罐体一种新的发展趋势。但新的罐体结构对制造工艺提出了新的、更高的要求，本文以新型水泥罐车为例，主要对铁路大锥度罐体的制造工艺进行研讨。

二、工艺流程及工艺难点分析

通过对新型80t级水泥罐车的车型特点分析，确定了该罐体生产的工艺流程，如图2所示。

而罐体生产线主要的工艺难点如下：

1.单节罐卷制的制造难点为：单筒锥度及两端圆直径的控制。

2.半罐内外环焊缝埋弧焊接的难点为：罐体滚动时罐体纵向窜动对焊接的影响。

3.罐体对接的制造难点为：如何保证对接处罐体圆度和外观质量。

三、工艺难点解决方案介绍

1.单节罐卷制

新型水泥罐车罐体采用直锥圆截面斜底结构，底部由罐体两端向中间截面下斜，斜度为9°，且其上部罐板厚度为10mm，下部罐板厚度为8mm。罐体结构示意图如图3所示。

此罐体制作时采用分段制作的方式进行，而由锥度较大导致的单节罐两端直径相差较大，如何卷制及保证卷制后两端圆直径成为了一个制作难点。

目前，国内常用的卷板设备分为三辊卷板机和四辊卷板机两种，也就是咱们常说的三星卷板机和四星卷板机。在卷制椎体工件的锥度≤3%时，三辊卷板机和四辊卷板机都能实现自动卷制，而对于卷制椎体工件的锥度>3%时，四辊卷板机更具优势。 在卷制>3% 椎体工件时，四辊卷板机通常有两种卷制方法。方法一：将板材进行标记后，下辊下降，两个侧辊倾斜后向上提升，与上辊共同作用，将板材压制成型，此方法实际就是采用三辊工作的方式进行压制，卷制的工件成形精度不高 。方法二：连续卷制，即倾斜前后工作辊，使板材两边所受压力不同，导致板材在工作辊间滑动卷制，但此方法对操作人员的经验要求较高，工作辊倾斜角度难以掌握。

通过分析各种卷制方法的优缺点和实验验证，我们通过以下几点保证卷制质量：一是准确放样，利用P-roe对单节罐体进行准确放样，并通过经验公式等多种方式验证，确保其放样和落料的准确性；二是先拼接后卷制，由于上下罐板采用的是不同板厚的板材，先拼接更有利于保证卷制的质量；三是利用普通四辊卷板机，先在板材上划出多条母线，采用近似卷制的方法卷制，使用样板检测卷制后罐体的圆弧度和直径，并通过不断地调整板材的位置，使母线与卷板机的上下辊平行，保证单节罐两端的直径差，从而保证单节罐的卷制质量。

此卷制方法结合了前面提到的四辊卷板机卷制椎体工件常用的两种方法，既提高了方法一卷制工件的精度和效率，也降低了方法二对操作人员操作人员经验丰富程度的要求，操作相对较为方便，卷制的工件能完全符合设计的各项技术要求。

2.罐体内外环焊缝埋弧焊接

罐体在内外环焊缝埋弧焊接时采用的是与其他罐体制作相同的工艺方法，即固定埋弧焊机、旋转罐体的方式。罐体存放于滚轮架上，滚轮架的转动带动罐体的转动，将埋弧焊机固定于某个合适的位置，随着罐体的转动完成环形焊缝的焊接。而焊接过程中罐体的纵向窜动给焊接带来了难题。

由于罐体为9度的大锥度，当罐体在滚轮架上随滚轮架滚动时，罐体与滚轮架形成了一定的倾斜角度，滚轮架作用于罐体上的力会有一个沿罐体纵向方向的分力，导致罐体会在纵向有窜动现象，且窜动量较大，埋弧焊机自身的调节范围较小，无法满足罐体窜动导致的焊缝位置偏移，如不采取措施，会出现偏焊的现象。针对罐体从上母线旋转到下母线和从下母线旋转到上母线两个过程中罐体窜动的方向相反的特点，分析了并试验了加装防窜动装置等方案，最终为焊缝铺设柔性轨道的方案最实用，既在内外埋弧焊前，在焊缝一定距離的位置为焊接小车铺设柔性轨道，柔性轨道紧贴与罐体上，保持与焊缝相同的距离，焊接小车随罐体旋转的同时向其相反方向前行，同时完成焊接，小车在柔性轨道上移动的同时随罐体纵向窜动，避免了偏焊的现象。

此方法操作方便，焊接质量可靠，焊接成型美观，解决了内外环焊缝焊接的工艺难点。

3.罐体对接

此车型采用先进行单节罐的对接形成半罐，再进行半罐对接成整罐。罐体对接时如何保证罐体圆度且对接缝两边无焊接疤痕一直是罐体制作的难点。罐体对接时，罐体自重会导致半罐口部出现变形成为椭圆的现象，且两个半罐的口部变形后的形状也不一定相同，如何在对接时使两个半罐的口部均为圆形成了罐体对接的关键。

根据罐体结构特点，制作了罐体对接专用胎型，将罐体落于胎型上后，胎型下母线在最上部，上母线在最下部，如图4所示。胎型在两半罐对接位置制作了两个同罐体直径一样的圆形卡箍装置，两个卡箍装置分别套在两个半罐的口部，通过调节卡箍的收紧状态，调整两个半罐的圆度，最终完成两个半罐的对接。此胎型的卡箍上配置的顶紧装置一端卡在卡箍上，一端顶在罐体上，无需在罐体表面进行焊接，保证了罐体对接后对接缝两边的外观质量，很好的完成了罐体对接作业。

通过上述制造工艺难点的解决，我公司已成功完成新型80t级水泥罐车的样车试制，验证了制造工艺的可行性。制作完成后的车体如图5所示。

结语

通过试制验证，新型80t级水泥罐车的制造工艺能实现大锥度直锥圆截面斜底结构罐体的制造要求，且使铁路大锥度罐体制造工艺在一定程度上有了突破，为大批量的生产做好了技术准备工作。

参考文献

[1]熊大远.实用钣金技术手册[M].北京：化学工业出版社，2008.endprint