铁路货车制造中柔性工艺装备的研究与开发

殷实

摘要：本文首先阐述了铝合金车体柔性工艺装备，接着对铁路货车的工装柔性化进行了探讨。

关键词：铁路货车;柔性化;工艺装备

引言

国内铁路货车产品正处于高速发展阶段，铁路货车生产企业的产品也在不断推陈出新，为了更好地适应市场的快速发展，在不同产品系列化的生产线上实施工艺装备柔性化对国内铁路货车生产企业的发展有极大的意义。

1铝合金车体柔性工艺装备

1.1侧墙组焊柔性化工艺装备

一方面是不同弧度方面的设计。因为铁路货车的车体端面形状通常情况下，都会出现变化，对性能会产生比较大的影响，而为了能够符合性能需求，设计人员在侧墙组柔性化工装存放了转动辊子，共有8个工位，每一个工位上都放置定位块，形状各有不同。这样一旦侧墙外形轮廓出现改变，工作人员只要启动切换按钮，整个系统即会借助液压装置驱动辊子，这些辊子会一起旋转，以此实现各个形状侧墙组焊接组装。

另一方面，长度方面的设计。工装只要是由两个部分构成，一个是基础底座，另一个是定位卡紧模块。基础底座主要是位于定位卡紧模块之下，定位卡紧模块可以在其上面进行任意调整。侧墙组焊长度不同，则使用的卡紧模块长度组合也有相应的差异，具体长度组合视具体情况而定。

1.2底架组焊柔性化工艺装备

一方面宽度方面设计。设计人员主要是在底架边梁处，将模块压紧，以此使得直线导轨结构有所提升，进而符合底架宽度条件。正常情况下，底架宽度在31384-31784mm之间，在这区间，任何铁路车辆底架焊接都能够满足需求;另一方面，长度方面设计。设计人员将定位块与压紧汽缸融为一体，成为一个模块结构，同时将这一模块结构安装在C型钢中，由于C型钢位于主体骨架上，因此模块能够在主体上水平移动，以此实现各个长度铁路车辆底架不同的焊接需求。

1.3车顶焊接柔性工艺装备

第一，宽度长度的设计。工艺装备由两部分构成，一部分是基础横梁模块，另一部分是定位夹紧模块。为了能够让车顶宽度任意自由的调整，设计人员在定位夹紧模块处又设置了一个三级调节机构，原有的一、二级调整结构能够调整±50mm范围，在此基础上，车顶宽度能够在2160-2360mm进行调节。如果这一调整量无法大大需求，就可以通过三级调节结构进行调节，此级别的调节结构能够在±200mm进行调整。

第二，长度方面的设计。车顶柔性化功能重要是通过长度不一、类型不一的车顶通过在基础横梁模块移动来完成的，而完成这一动作则需要定位夹紧模块。基础横梁模块移动后，是否能够保证精度，需要导正销来横梁。

第三，正、反装方面的设计。正车顶阻焊与反车顶阻焊组主要借助正装车顶以及反装车顶定位块相互之间的切换来实现的，与此同时，也需要转臂旋转以及精确定位。

1.4司机室组焊柔性化工艺装备

第一，长度方面设计。设计人员为了能够使工装长度方面更具柔性，通常都会将工装分成很多组模块，一旦司机室长度需求发生变化，指需要对各个模块之间的距离进行调整即可;第二，宽度方面的设计。设计人员在侧面定位板上有设计了直线导轨机构。如果司机室宽度出现变化，就将定位销完全拔出，而后移动侧面定位板，移动方向与直线导轨滑动方向要保持一致，待到满足需求时，再将汇定位销安装上;第三，司机室不同弧度方面的柔性化设计。为了增强工装弧度方面的柔性，在设计时把侧面定位板设计成分体的两部分（侧面定位板与弧度用定位板）。当司机室弧度发生变化时，只需要更换最前面的弧度定位板，即可完成工装的转变。

1.5车体总组成组焊柔性化工艺装备

第一，车体宽度方面的柔性化设计。在组焊不同宽度的车体时，通过调整车体支撑模块和车体拉紧模块的相对位置（见图1），来实现车体宽度方向的柔性化设计。第二，车体长度方面的柔性化设计。在组焊不同长度车体时，通过工装预埋T型槽来调整车体支撑模块和车体拉紧模块的相对位置，实现车体长度方向的柔性化设计。

2铁路货车的工装柔性化

2.1冲压模具柔性化

组合模具无疑是一种较好的柔性化冲压模具，它可由成系列的標准化元件根据加工对象的工艺要求随时组装而成，与专用模具相比，具有准备周期短、成本低（各元件可以重复使用，节省了原材料和模具元件的设计与制造费用）、对产品变化的适应能力强并能达到较高的尺寸精度和几何精度等优点。

2.2组焊夹具柔性化

铁路货车全部为箱形结构，各车型之间除了局部个性化结构外，主要不同点在于长度和宽度尺寸，目前国内外铁路货车设计外观尺寸通常在长度17～26m、宽度2.6～3.2m范围内变化。通过对铁路货车制造用既有组焊夹具进行归纳和整理，可以分为大部件组焊夹具与小部件组焊夹具。

各种大部件组焊夹具总体上均由基础单元、支撑单元、夹紧单元、定位单元、导向单元等组成。以底架组对组焊夹具为例，现有铁路货车（除铝合金车体外）底架由牵枕缓、边梁、横梁、地板组成，部分底架带有中梁。底架组对组焊夹具包含基础单元、支撑单元及牵枕缓、边梁、横梁、中梁定位夹紧单元等。基础单元由纵向通长分布在两侧的T型槽预埋铁组成;支撑单元由18根上平面带T型槽的横梁组成，通过螺栓安装在基础单元上;牵枕缓、边梁、横梁、中梁定位夹紧单元通过螺栓安装在支撑单元上。

其中，基础单元和支撑单元构成同一结构形式的工装基础，支撑单元可以在基础单元上沿纵向方向调整;牵枕缓、边梁、横梁、中梁定位夹紧单元可以在支撑单元上沿横向方向调整，定位夹紧单元必须进行标准化、模块化设计。各单元通过纵向及横向方向的调整及更换标准化模块能够满足不同车型底架的生产需求，实现工装柔性化应用。

小部件组焊夹具采用三维柔性组合夹具，由主体部分（支撑和夹具台）和定位夹紧装置组成。支撑调整工装高度使工人操作变得更加舒适;夹具台由单个或者数个上面及侧面布满纵横分布标准系统孔的焊接平台组成。定位夹紧装置由标准化、系列化的定位件及锁紧件、压紧件组成。三维柔性组合夹具台的5个面均加工有有规则的孔，大部分配件都可以通过定位锁紧销进行各种定位和压紧，柔性化程度很高。

2.3存放运输工装柔性化

用于车体存放运输的主要有工艺转向架和架车支撑。工艺转向架用于在铁路上运输及存放车体，使用丝杠结构或其他可调高度方式承载安装了工艺心盘的不同结构的车体。架车支撑用于存放车体，由框架、支撑、侧定位及中心定位模块组成，通过调整支撑的宽度和高度满足了不同货车的需求。

国际铁路车辆所用转向架的轨距除了1435mm的标准轨距外，还有1000mm、1067mm等窄轨轨距和1520mm、1600mm、1676mm等宽轨轨距。为了使非标准轨距的转向架及货车在标准铁路上运输，特制造了转向架运输小车，其工作流程为：将非标准轨转向架或已安装转向架的货车吊装固定在小车上，通过人力或者机械动力在铁路上推至指定地点，再将转向架或已经安装转向架的货车吊放至铁路上。该运输小车通过调整转向架固定装置的位置，可以运输各种轨距的转向架或已经安装转向架的货车。

结束语

柔性化工装的应用明显地缩短工装的设计和制造周期、提高工装利用率从而提高生产效率，减少工装的重复性投入，进而降低成本增强企业的综合竞争能力。随着国际铁路货车市场订单的不断增加，柔性化工艺装备将在车辆制造中发挥更加突出的作用。

参考文献：

[1] 孟祥革，马自勤，田威，唐金成.铁路货车柔性工艺装备的可行性研究[J].机车车辆工艺.2018（04）

[2] 孙明.型材工装柔性设计优化[J].新型工业化.2019（03）

[3] 范玮，李宝旺，李海光.柔性化工装在铁路转向架制造中的应用[J].机械制造.2013（11）

（作者简介：中车沈阳机车车辆有限公司）