浅谈轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计

张 凡 李怀志

（沈阳恒久安泰智能制造与机器人系统技术有限公司，沈阳110000）

引言

目前在轨道车辆设计生产领域中，如何在有效保障轨道车辆产品质量水平的基础上提升其制造效率，缩短交付时间成为其急需攻克的重点问题。因而有研究人员通过结合轨道车辆铝合金侧墙结构，尝试提出设计使用轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计方式，以有效达到控制轨道车辆制造成本，实现轨道车辆保质保量完成生产制造的目的。基于此，本文将通过初步探究轨道车辆铝合金侧墙结构组焊工装柔性化设计，并结合相应的设计效果以验证本文所提设计方案的有效性。

1 轨道车辆铝合金侧墙结构

在轨道车辆铝合金侧墙结构当中，最为主要的两大组成部分为门立柱以及侧墙板，在其正面和反面均有两条长且直的焊缝。由于轨道车辆的车型不尽相同，使得不同型号的轨道车辆铝合金侧墙内轮廓与外轮廓、焊缝的分布与数量以及侧墙单元宽度等之间也存在着明显差异，因此，在进行轨道车辆铝合金侧墙结构焊接时，一直采取各项目独立进行的方式[1]。随着近些年来客户对轨道车辆设计制造需求的不断多样化发展，其对于轨道车辆制造质量、交付时间等也提出了更为严苛的要求，因此，继续使用传统制造工艺显然难以满足客户的多样化需求。为此，需要尽快设计一种能够将各项目进行相互整合的方式，使其具有较高的通用性，尽可能减少工装转换频次，进而可以在有效提高轨道车辆产品柔性化制造程度低的基础之上，也能够达到同步提高轨道车辆生产效率和质量水平的效果。

2 轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计分析

2.1 设计方案

通过结合轨道车辆铝合金侧墙结构，可知轨道车辆铝合金侧墙组焊工装指的就是侧墙板以及门立柱的组焊工装。旨在对焊接之后的侧墙版以及门立柱进行有效的变形控制。本文在进行轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计的过程中，采用的工作原理为，通过直接利用工装上的4根横梁及其周围12个压臂，在对侧墙板以及门立柱焊缝进行焊接形变控制时，运用刚性固定法。但考虑到目前轨道车辆铝合金侧墙结构组焊工装当中，大多选择使用焊接固定的方式牢固连接其纵梁以及横梁，因此使得各项目之间在短时间内难以进行有效切换[2]。因而针对这一点，本文在设计过程中选择将这一结构设计成具有可移动与可拆卸性能的铝合金侧墙结构，即令轨道车辆铝合金侧墙组焊工装上的四根横梁可以依照实际情况灵活调节自身位置，以此有效达到焊缝处压紧丝杠位置随机变动的效果。从有效控制各个项目侧墙板与侧墙立柱的焊接变形，在有效保障轨道车辆各项目侧墙单元得以顺利完成生产制造的同时，使得侧墙组焊工装具有较高的柔性化制造特点。

从侧墙单元弧度的角度出发，当前轨道车辆铝合金侧墙可以被细分成鼓型车以及直型车等多种类型。以鼓型车为例，项目WHL4的侧墙弧度为3°14＇，而项目ZZL1的侧墙弧度则为11°07＇25＂。左侧和下端定位块以及压臂等直接决定着侧墙门立柱与侧墙板定位，在直型车的侧墙当中，位于横梁之上的垫块厚度完全一致，而在鼓型车侧墙中，横梁上部和下部垫块分别为长方体与斜面角度等同于侧墙弧度的斜面垫块。通过采用本文的设计方式，使得垫块与定位块具有可拆卸性，在依照相应标准规程对其进行定位后，螺旋丝杆结构压臂压紧固定，而后在刚性固定作用下能够有效对焊接变形进行精准控制，并且同时适用于直型车以及鼓型车对侧墙单元的生产制造。

2.1 设计效果

在轨道车辆当中各项目侧墙结构长度之间也存在明显差异，如KMFT项目侧墙板尺寸按照大、中、小分别为2342mm、1568mm以及704mm，而CSL2项目侧墙板尺寸同样按照大、中、小则分别为2342mm、1568mm以及392mm。WXL1项目侧墙板尺寸则分别为2342mm、1388mm以及212mm。位于横梁之上的垫块与压臂需在特定范围内才能作用于焊缝上，起到固定控制的效果。本文在对轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计的过程中，设计纵梁上装配带腰型孔连接件与C型槽基本一致，装配横梁端部与纵梁连接配合连接件时则设计使用六角头螺栓进行牢固连接。进而使得沿纵梁的纵向方向，横梁可以实现自由滑动，以达到对横梁位置进行灵活调节的效果，进而使得轨道车辆铝合金各长度侧墙单元生产制造要求均可以得到有效满足。

为有效检验本文所提轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计方案是否具有较高的精准性和有效性，需要对侧墙单元的宽度、平面度等尺寸进行精准测量。在此过程中需要使用包括平尺和卷尺等在内的专业测量工具。通过随机对轨道车辆铝合金侧墙中选取五个测量位置，根据最终的侧墙尺寸检测结果显示，其与标准尺寸要求均完全相符。如1号测量位置的宽度标准为2860mm，允许误差为±2mm，而采用该设计方案后其宽度值为2859mm。该测量位置的对角线要求为±2mm，设计后其对角线控制在±1mm左右，其轮廓度则为1.5mm。

3 轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计装备发展

随着当前轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计需求的不断扩大，为了能够有效满足这一需求，目前在该领域也出现了许多相应的柔性工艺装备，为保障轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计效果提供了重要的帮助作用。比如说在柔性化设计各侧墙弧度的过程中，已经有设计人员尝试运用基于电气驱动下各工位同步切换的技术，考虑到在轨道车辆产品当中，车体端面形状可能出现一定改变，因此在进行轨道车辆产品侧墙组焊工装柔性化设计时，通过设置八个工位转动辊子，各工位均可以放置一个形状各异的侧墙定位块。一旦侧墙外形轮廓出现相应变化，此时只需启动切换按钮，系统将会利用液压装置对工装上全部转动辊子进行同步旋转驱动，从而使得各形状侧墙组焊工装可以实现自由转换[3]。

而在对轨道车辆铝合金侧墙长度柔性化设计时，也有设计人员选择通过使用广义角度上的工装模块化设计法。即由定位卡紧模块与基础底座共同构成工装，而位于基础底座之上的定位卡紧模块能够依照实际轨道车辆铝合金侧墙长度，采用与之相对应的定位卡紧模块进行不同距离组合，以达到自由调节位置的效果。此类柔性化工艺设备在轨道车辆当中得到了初步运用，并取得了一定的应用效果。相信随着我国科学技术水平以及制造工艺的不断提升，未来还将出现更多自动化、智能化、信息化的柔性工艺装备，可以更好地完成轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计工作。

4 结束语

通过本文的分析研究可知，通过将轨道车辆铝合金侧墙结构设计成具有可移动与可拆卸性能的结构，使得轨道车辆铝合金侧墙组焊工装上横梁能够立足具体需求灵活调节自身位置，不仅可以有效达到实现轨道车辆产品柔性制造的效果，同时对于控制轨道车辆产品生产成本、加快各项目切换效率等也具有积极的帮助作用。并且在积极运用基于电气驱动下各工位同步切换技术等相关先进技术下，也先后出现了众多有助于轨道车辆铝合金侧墙组焊工装柔性化设计的工艺装备，同样也为该项设计工作提供了巨大便利。