铁路客车车体侧墙平面度调平工艺研究应用

杜 亮 王 涛 孙大森 李大鹏

（1．中车四方车辆有限公司，山东 青岛 266000；2．中国铁路济南局集团有限公司青岛机车车辆监造项目部，山东 青岛 266111）

0 引言

铁路客车（以下简称客车）是旅客运输的重要技术装备，为使其在运营中保持性能良好、安全可靠，必须定期进行检修。客车厂修（A4、A5 级检修）的任务是全面恢复其基本性能，使客车能够安全舒适地运送旅客[1]。客车经过长时间的运行，车体钢结构会出现腐蚀现象，同时客车在运行过程中受到碰撞、震动以及内部残余应力等的作用，在客车外墙上会产生各种变形，车体外墙变形会严重影响车辆状态且存在一定的安全隐患。新的《铁路客车外墙板检修技术条件（试行稿）》，针对客车检修的侧墙平面度提出了更高的要求，该技术条件中细化了检修客车外墙板平面度的技术标准。新要求规定，车辆检修时，侧墙板平面度超过5 mm/m 以上的，需调平至3 mm/m 以内，以保证车体检修质量，确保车辆安全运行。

由于客车车体是车辆承载的重要部件之一，且对车辆的外观质量要求严格，为保证客车车体的侧墙平面度和车体检修质量，提升车体检修车体侧墙平面度调平质量及生产效率，该文主要通过选取检修客车车体侧墙上的板材作为实验对象进行热控形模拟实验，选择不同的加热温度、加热布局以及加热顺序进行预加热，研究不同预加热条件下试板4 条边的平均受力情况，同时结合实际生产运用，确认最佳加热温度、加热布局及加热顺序。通过优化车体侧墙调平工序前工序（车体侧墙喷丸工序及侧墙板挖补截换工序）的工艺方法，提升铁路客车车体检修的工艺水平、检修质量及检修效率。

1 热控形模拟实验

1.1 实验材料

该实验选取的实验材料为Q295 低合金高强钢板材，实验板材尺寸规格为570.0 mm×448.0 mm×2.5 mm。

1.2 实验方法

1.2.1 加热温度

一般热矫形的温度为750℃左右，因此结合实际生产情况，在模拟过程中，分别设置650℃、750℃、850℃ 3 种温度条件进行预加热实验，分析在不同加热温度下实验板材各边的平均受力情况，进而得出最佳加热温度。

1.2.2 加热布局

首先模拟了常规加热条件下的常规布局，火焰加热斑点直径取10 mm，相邻加热斑点间距为80 mm，然后在该布局的基础上，选择在加热斑点之间的残余应力薄弱的位置继续加热，得到新的菱形布局。

1.2.3 加热顺序

对于常规加热布局及菱形加热布局，实验设置了从试件一端到另一端的加热顺序1，以及从中间向四周加热的顺序2，比较分析不同加热顺序对于实验板材各边预应力大小的影响，如图1 所示。

图1 实验加热布局及加热方式

在模拟过程中，对每个加热点加热5 s，水冷3 s 使最高温度降至140 ℃左右。全部加热完后，自然冷却600 s 至接近室温，最后对每块板的横边进行y轴方向的受力分析，竖边进行x轴方向的受力分析，进而得出不同加热温度、不同加热布局及不同加热顺序下实验板材各边的平均受力情况，为实际生产应用提供技术支持。

1.3 实验结果

2 条竖边AB、CD 所受的拉应力沿坐标方向整体趋势相同，两条横边BC、AD 所受的拉应力沿坐标方向整体趋势也相同。表1～表4 为实验试板在不同加热条件下试板各边所受拉应力的平均值。

表1 常规加热顺序试板竖边平均拉应力

表2 菱形加热顺序试板竖边平均拉应力

表3 常规加热顺序试板横边平均拉应力

表4 菱形加热顺序试板横边平均拉应力

从表1～表4 的实验结果可以看出，加热布局、加热顺序相同的情况下，温度越高，4 条边所受的拉应力越大，但是考虑到实际加热过程中的经济性以及高温条件下材料的烧损，推荐加热温度为750℃；加热布局及加热温度相同的情况下，顺序2 相比顺序1，应力水平在BC、AD 边上表现出优越性，这2 条边所受的拉应力更大，因此顺序2 条件下进行加热更好；加热顺序及加热温度相同时，菱形布局条件下试板所受的拉应力接近常规布局下的一倍，因此菱形布局优于常规布局。

综上所述，实验得出检修车体侧墙平面度调平最优加热方案为：750℃加热温度、菱形加热布局、从中间向四周加热（顺序2）。

2 生产应用

在实际生产过程中，结合上述热控形模拟实验结果，检修车体侧墙调平时采用750℃加热温度、菱形加热布局、从中间向四周加热的加热方式进行加热调平，如图2 所示。经实际生产验证，采用该加热方式，车体侧墙调平效果显著，调平效率也得到大幅提升，调修后车体侧墙平面度均在工艺要求范围内，满足《铁路客车厂修规程》（试行）的检修质量要求。

3 车体侧墙调平前工序工艺优化

3.1 喷丸工艺优化

《铁路客车厂修规程》（试行）要求清除车体内、外部外露部分锈垢及状态不良的涂层[1]。对待检修的车体进行喷丸处理，可以有效地除去车体表面的锈垢，保证检修质量，但喷丸过程会对车体侧墙薄弱部位造成变形，影响车体侧墙平面度，因此提出对车体喷丸工序进行工艺优化。优化后的喷丸工艺严格控制喷射角度（不超过45°）、喷枪枪嘴与车体的垂直距离（400 mm～600 mm）及恰当的丸料配比（钢丝丸∶铸钢丸为1 ∶2），通过工艺优化，可以有效避免车体因喷丸造成的车体变形，大大降低了后工序车体墙板调平工序的调平难度及调平时间，进而提升了车体检修质量及检修效率。

图2 车体检修车体侧墙调修应用

3.2 车体侧墙切割工艺优化

《铁路客车厂修规程》（试行）要求车体检修时钢结构各梁及侧墙立柱、盖板锈蚀深度超过原形厚度的30%时，需焊修、挖补、截换或更新[1]，因此，检修车辆在车体调平工序前，须对车体腐蚀超标的钢结构各梁及侧墙立柱、盖板进行挖补或截换。车体检修挖补、截换工序工艺优化前，采用火焰切割进行挖补、截换，由于火焰切割时火焰切割热输入量较大，极易造成切割部位及其周边部位发生变形，为避免该现象的发生，对车体侧墙板切割工艺进行优化，采用等离子切割替代火焰切割，降低切割热输入量，减少侧墙板变形，进而提升车体检修质量及检修效率。

4 结论

通过热控形模拟实验，同时结合实际生产应用得出，车体侧墙调平时，加热温度750℃为最佳加热温度，加热方式采用菱形加热布局，从中间向四周加热的加热顺序为最佳加热方式，加热调平效果最优；通过对车体检修抛丸工艺优化并经实际生产验证得出，检修车体喷丸时，喷射角度不超过45°、喷枪枪嘴与车体的垂直距离在400 mm～600 mm、丸料配比钢丝丸：铸钢丸为1 ∶2 时，喷丸效果最佳，可有效避免因喷丸造成的车体变形，进而为后工序车体调平降低调平难度，提升车体调平质量及调平效率；采用等离子切割替代火焰切割，可有效降低切割热输入量，减少侧墙板变形，进而提升车体检修质量及检修效率。