HGCZ-2000型换轨车车架制作工艺

申志军

(宝鸡中车时代工程机械有限公司 株洲分公司，湖南 株洲412000)

0 引 言

在发达国家，铁道线路换轨作业大都采用大型工程机械作业，效率高，施工安全性有保障。而我国目前换轨作业的方法主要使用简易机具或改装车辆，施工安全性差，施工组织复杂，换轨作业效率低。据统计，我国每年换轨作业量达上万公里，施工任务十分繁重。为提高效率，满足换轨任务量要求，现场迫切需要用来更换无缝线路的专用施工机械[1]。基于此背景，我公司于2012年正式成立了换轨车设计课题组，承担换轨车研制任务。

1 整车总体布置及技术参数

换轨车主要由车架、非动力转向架、动力转向架、车钩缓冲装置、司机室、扣件回收系统、作业机构、制动系统、气动系统、动力系统、液压系统、电气系统等组成。车辆前进方向前端设有司机室，后端设有操作室；工作机构布置在车辆下部、扣件回收系统布置在车辆中部，动力系统和液压站、柴油箱布置在车辆尾部（总体布置见图1）[2]。

图1 整车总体布置图

其主要技术参数如下：整备质量77 t±2，实际轴重约23 t，最高挂运速度100 km/h，通过最小曲线半径145 m，环境温度-20～+50℃，最大坡度33‰，车辆定距25 000 mm，轨距1435 mm，车辆长度31 480 mm，车辆高度4540 mm，车辆宽度2938 mm，车钩中心线距轨面高880±10 mm，限界符合GB146.1标准轨距机车车辆限界要求。

2 车架工艺分析

换轨车车架长度为30 680 mm，宽度为2800 mm，芯盘中心距25 000 mm，无中梁结构，边梁为工字型钢结构，主要由侧梁、牵引梁、枕梁、下侧梁、横梁以及地板组成，主体为焊接结构（车架见图2）[3]。

图2 车架图

牵引梁为箱型结构，主要由上下盖板、腹板并配套17型车钩安装用冲击座、后从板座等组成，制作过程中关键在于控制前后丛板座距离625 mm及腹板间距350 mm，下盖板上各安装孔均焊后加工（牵引梁见图3）。

枕梁为鱼腹形箱型结构，主要由上下盖板、腹板及隔板组成，采用球面上心盘。制作过程中关键在于控制下盖板心盘面的平面度不大于1 mm（枕梁见图4）。

图3 牵引梁图

侧梁主要由上下盖板、腹板及立柱组成。因原材料采购原因侧梁上盖板、下盖板、腹板都是拼接部件，上、下盖板和腹板相互间的拼接位置必须避开拼接禁区，拼接焊缝必须进行超声波探伤检测，焊缝表面要平滑过渡，返工次数不允许超过2次（侧梁见图5）。

根据图样及相关技术文件的要求，车架组成后两枕梁间侧梁上挠度控制在50~60 mm之间，且不允许有突变；两侧梁旁弯必须控制全长范围内不大于10 mm,每米不大于2 mm；两枕梁外牵引梁上翘、下垂和甩头均要求不大于5 mm；车架对角线之差不大于15 mm，四角高度差不大于8 mm，同一端两角高度差不大于3 mm[3]。通过工艺分析可知其制造工艺难点在于侧梁挠度、旁弯和牵引梁上翘下垂、甩头的控制。

图4 枕梁图

图5 侧梁图

3 车架试制工艺措施

车架总体组装流程为牵引梁、枕梁、侧梁等大部件单独制作后再整体组焊成车架。针对以上工艺难点，在对图样及相关技术文件进行详细分析的基础上采取下述相关工艺措施。

1)牵引梁制作时采用工装组焊，严格控制前后丛板及两腹板间间距，腹板与下盖板间每隔500 mm加装工艺撑杆，焊接时由2名高级焊工由一端向另一端对称施焊，并严格控制焊接参数以减少焊接变形。焊接完成待工件完全冷却后，方可去除工艺撑杆，以防止下盖板产生角变形。车钩安装孔待焊接完成后整体加工。

2)枕梁组焊重点在于下盖板心盘面的平面度控制，要求下盖板下料后必须进行校平后再进行折弯加工，折弯成形后检测下盖板心盘安装面的平面度不应大于1 mm。组焊作业同样采用工装，施焊过程同样由2名高级焊工严格按照焊接参数对称施焊。焊接完成并完全冷却后整体加工芯盘安装孔并铆接芯盘。考虑焊接顺序问题，枕梁上盖板必须在车架组装完成，以及枕梁内侧与侧梁连接焊缝施焊完成后方可组装。

3)侧梁腹板备料过程中必须预制挠度，根据车架最终挠度要求，考虑焊接过程中的整体下垂和变形，确定腹板预制75 mm挠度，同时为防止拼接过程中上下盖板与腹板因焊接收缩总长变短，在下料时将上下盖板与腹板各加长50 mm工艺余量。各板拼接部件根据下料工艺文件要求避开拼接禁区,拼接焊缝采用双V型坡口，并且上大下小，焊接采用多层多道焊，上下焊缝轮流施焊，碳弧气刨进行清根，各拼接焊缝在其冷却24 h后方可进行超声波探伤检测。侧梁上下盖板、腹板的组装在侧梁组焊胎上进行，装配方式采用卧装，上、下盖板间间隔500 mm加焊工艺撑，以防止盖板、腹板角焊缝焊接时上下盖板角变形，工艺撑的组装位置错开立柱位置。焊接时先焊侧梁立柱处焊缝，再装配侧梁立柱，整体施焊时侧梁立焊，然后焊接侧梁盖板、腹板间角焊缝，焊缝采用多层多道对称施焊，上盖板与腹板间焊缝以及下盖板与腹板间焊缝轮流施焊，焊接时上盖板与腹板焊缝时侧梁中部摆放75 mm垫板，4名高级焊工按照规定的焊接参数对称施焊，翻边焊接时两端垫75 mm垫板，同样4人对称施焊。其中下盖板与腹板的焊缝由两端向中间施焊，上盖板与腹板的焊缝由中间向两端施焊。组焊下侧梁时，下侧梁腹板必须根据侧梁腹板挠度预制相同的挠度,以保证两者间的组装间隙。组焊完毕划出侧梁中心线及心盘距中心线，打上样冲眼，同时划出车体横梁及机构支架安装线。端板待车体组焊地板装配完毕后再进行组装。侧梁组成检查重点检查侧梁旁弯及挠度。其组焊完成后的挠度必须在70~75 mm范围内，旁弯每米不大于2 mm且不允许存在死弯。

4)车架组焊时制作专用组焊工装，定位基点选用枕梁芯盘，控制两枕梁的芯盘中心距符合图样要求，为防止牵引梁在车架施焊过程中因侧梁挠度变化造成的上翘，在固定牵枕梁时应将其人为下垂预制,初步确定下垂量为8 mm（此数值的确定不仅考虑组焊过程中侧梁挠度变化的影响，同时还考虑整车组装各部件重量对挠度变化的影响，因此按8 mm确定下垂量，车架组焊完成后牵引梁下垂在2~4 mm范围内，整车组装后侧梁挠度会进一步减少为20~30 mm，此时牵引梁基本处于水平状态,此状态有利于车钩缓冲装置的组装和调整）。侧梁组装时两侧梁宽度控制为2805 mm（考虑焊接收缩组装时尺寸放大5 mm），便于中间横梁及机构支架的装配，两侧梁间每隔2 m加装工艺撑固定两侧梁，横梁及机构支架同步摆放到位，利用工艺撑及千斤顶逐步定位侧梁，调整横梁及机构支架，定位、夹紧侧梁中部加支撑，两侧梁中部以工艺撑杆顶起70 mm挠度。整个过程重点控制牵引梁和枕梁的固定、侧梁定位、中部预制挠度支撑等。另外制动系统、空气系统、动力系统、电气控制系统、液压系统及各作业机构与车体连接的附属件都在此工序制作完成。焊接过程中应注意不同部位焊缝的焊接先后顺序，原则上先焊接牵引梁、枕梁、侧梁间的连接焊缝，再焊中部各横梁与侧梁间连接焊缝，尽量采用对称焊接，焊后必须待车架完全冷却后方可去除工艺撑杆。

4 结语

车架组完成后，质检人员对其进行了严格检查，检查结果显示，车架组成后枕梁间两侧梁挠度分别为54 mm和58 mm，两端牵引梁下垂分别为3 mm和4 mm、甩头为3 mm，两梁侧旁弯每米不大于2 mm，全长为8 mm，车架对角线之差为10 mm，四角高度差为6 mm，同一端两角高度差最大值为5 mm。全部符合要求，顺利通过了首件鉴定，并向验收室进行了交验。试制结果验证了针对车架所采用的工艺措施切实可行有效，设计使用的工装方便实用，整个试制工艺过程处于有效控制状态，为后续批量生产打下了坚实的基础。

同时，车架试制也发现了不少问题，涉及图样、相关技术文件、工艺文件等方面。样机试制工作完成后，产品图样、相关技术文件以及工艺文件需进行整理和修改完善，工艺部门需根据图样的变动及试制中发生的问题，进行工艺分析，重点对工艺流程及各安装作业指导书进行细化和完善，使其具备小批量生产该车型的工艺保证条件。