时速160 km“复兴号”动车组控制车车体总成工艺浅谈

2020-10-30谢绍兴辛志斌范钦磊王善俊闫学良

轨道交通装备与技术 2020年4期

谢绍兴辛志斌范钦磊王善俊闫学良

(中车南京浦镇车辆有限公司技术工程部江苏南京 210031)

时速160 km动力集中电动车组属于全新的重大研制项目，是普速铁路提档升级的重要支撑装备，属于“复兴号”系列，其研制输出是快速化铁路运输市场需求的必然趋势，该动力集中电动车组分为短编组和长编组2种类型，其中：短编组含控制车、普通座车、普通座车播音车、餐座合造车(餐吧式)，长编组含普通座车、普通卧车、包间卧车、餐座合造车(厨房式)。8种车型中，控制车车体制造难度最大，以下将针对该车型的车体结构及组装焊接工艺进行分析。

1 控制车车体介绍

车体钢结构主要材质为镍铬系耐候钢，另外还有部分普通碳素钢、不锈钢，结构采用筒形整体承载结构, 主要由底架、侧墙、车顶、端墙、司机室结构等组成，主要焊接方式为熔化极活性气体保护电弧焊(MAG)，焊缝接头包含T型接头、板对接等。车体采用模块化和轻量化设计、制造，各模块间通过焊接连接成一个整体。控制车车体外轮廓如图1所示。

图1 控制车车体外轮廓

控制车车体总成组焊工艺主要是将底架、侧墙、端墙、车顶、司机室钢骨架、排障器及司机室裙板七大部件组装焊接成一体后，通过调修保证尺寸及外观质量，工艺流程如图2所示。

图2 控制车车体组焊工艺流程

2 大部件的主要结构及制造工艺特点概述

(1)底架钢结构。主要由前端、(司机室)边梁、端牵枕、横梁、中部构架、地板及配件等组成，相互之间通过焊接连为一体；底架钢结构组焊工艺分为液压正装(零件散装为整体框架)、简易正装(地板铺装及反面焊缝焊接)及翻转(实现焊缝处于平焊或横焊位置)三道工序；与车体总成组焊接口中，关键要素为二位端司机室周边，主要关联部位为底架前端组成、(司机室)边梁及枕梁。

(2)侧墙钢结构。主要由4个中部骨架、2个端部骨架、墙板、上边梁及门框等零部件组成，骨架由乙型立柱和纵梁组成，梁柱之间通过焊接联接成一个整体框架，墙板和梁柱之间采用塞焊连接。侧墙上下边缘100 mm范围内设置纵向梁，增加墙板的刚度，窗上、窗下及窗间设置纵向梁，提高墙板的稳定性；梁柱采用乙型断面，提高侧墙下口的耐腐蚀性能；先通过小骨架组装工装对6个小骨架组焊、再进行调修，然后将小骨架在大骨架反装胎位组焊成大骨架，再通过专用吊具吊运至侧墙涨拉胎进行侧墙板、骨架、门框、配件整体组装，然后打磨配切形成侧墙钢结构。

(3)车顶钢结构。由侧顶板模块、弯梁、纵梁、中顶板、平顶等组成，弯梁与中顶板采用段焊连接，与侧顶板采用塞焊或段焊，侧顶模块由侧顶板、边梁、小弯梁及纵梁组成。弯梁与侧墙立柱按断面匹配理念设计，提高车体的强度和抗扭转性能；车顶边梁采用4 mm C型辊弯件；车顶弯梁采用帽型断面，板厚为2 mm；侧顶板为2 mm辊弯成型件，中顶板采用2 mm的薄板拼接；车顶平顶或圆顶设置活盖，方便整体卫生间等大设备吊入车内；车顶端部为安装空调设置平顶。平顶向两侧设置斜度，方便排水，提高车顶的防腐性能。先通过平顶、中部端顶及侧顶模块的独立组焊后，至车顶反装胎与中顶板及大弯梁等组成，再通过专用吊具翻转后吊运至车顶正装胎对中顶板、侧顶板等相邻正面焊缝进行焊接。与车体总成组焊接口中，难度最大的为圆顶板与司机室钢骨架弯梁的圆弧过渡。

(4)端墙钢结构。由风挡框、乙型立柱纵梁、墙板、端角柱和端顶等组成，梁柱之间采用焊接，端墙板和梁柱主要采用塞焊。风挡框采用箱形断面；端顶弯梁为角型拉弯件，与车顶板和端墙板连接处刨槽，顶板和墙板与之搭接焊，焊后磨平，提高车体外观的美观性；先通过风挡框及端顶的独立组焊调形后，至端墙组焊胎与梁柱及墙板等组焊。

(5)司机室钢骨架。主要由司机室内端墙、司机室骨架、司机室蒙皮等整体组焊而成。司机室骨架采用高强度钢，满足司机室端部压缩的要求；司机室整体结构采用流线型设计；司机室设置弯梁及上边梁满足强度及玻璃钢罩安装要求；与车体总成组焊接口中，关键要素为司机室高度、长度、圆弧及下口直线度。

3 车体总成、调修工艺浅谈及难点分析

车体总成主要是将底架钢结构、侧墙钢结构、车顶钢结构、端墙钢结构及司机室钢骨架五大部件通过专用工装组装、焊接成一体，形成车体钢结构框架，再进行火焰调修。五大部件组焊完成后，分别利用专用吊具转运至车体总成胎，找平底架两端枕外高低水平，车中至枕中均布起挠度，最高点为车中10 mm，依次组装一位端端墙、侧墙及门框，同步开展二位端司机室钢骨架及裙板等部件尺寸调整，主要难点有司机室钢骨架定位、与底架前端的接口配合、裙板组装精度等。

3.1 司机室钢骨架定位

3.1.1主要控制项点

主要控制项点与配合接口要求如表1所示。

3.1.2问题统计及解决措施

经连续10辆车的统计发现上述3条控制项点都有发生，且存在同时发生的现象(见表1)。

表1 司机室钢骨架控制项点

项点1中的司机室钢骨架与车顶圆弧高低超差的有3辆车，最大超差数值达到10 mm，原因为司机室高度尺寸小于公差值以及接口处车顶圆弧高度偏大，现场车辆通过调修两接口至圆滑过渡，源头解决措施为控制司机室高度，即修正影响司机室高度的隔墙组焊工装，增加高度定位止挡，调整隔墙处零件长度下料尺寸，按正公差放量，保证司机室高度为合理的正公差值；同时接口处的圆顶弧度在脱离工装时,增加横向工艺撑，以保证弧度。

项点2中的司机室钢骨架两侧墙板与底架边梁间隙超差的有3辆车，最大超差数值达到8 mm，原因为司机室两侧墙板及立柱高度超差，现场车辆通过接口处增加同材质垫板内外满焊过渡，源头解决措施为调整两侧墙板及立柱下料尺寸，确保与隔墙立柱下口平齐或脱出1～2 mm；修正司机室总成工装，保证预留出两侧墙板与立柱的高度空间。

项点3中的司机室钢骨架前部斜端板与底架前端接口处间隙超差的有2辆车，最大超差数值达到15 mm，原因为前部斜端板定位尺寸超差，现场车辆通过下移接口处斜端板连接角铁，源头解决措施为修正司机室总成工装，增加前端倾斜斜面仿形定位插板，保证前部斜端板定位角度和尺寸。

3.2 司机室裙板组装

3.2.1主要控制项点

须保证排障器、开闭罩等接口符合要求，如上下、左右安装眼孔，与排障器圆弧圆滑过渡，与前端边梁接口圆滑过渡等。主要控制项点与配合接口要求如表2所示。

表2 司机室裙板控制项点

3.2.2问题统计及解决措施

经连续10辆车的统计发现上述3条控制项点都有发生，且存在同时发生的现象。

项点1中的司机室裙板与排障器圆弧错口的有4辆车，最大超差数值达到6 mm，原因为司机室裙板弧度超差，现场车辆通过调修裙板下口翻边修正弧度，源头解决措施为修正裙板组焊工装，分段增加裙板仿形定位圆弧插块，保证裙板圆弧与仿形块密贴压紧后组装焊接。

项点2中的司机室裙板眼孔偏差的有2辆车，最大超差数值达到10 mm，原因为眼孔加工尺寸超差及弧度修正后的关联眼孔偏移，现场车辆对裙板两侧均布扩孔，源头解决措施为在确保弧度的前提下，利用激光下料制作裙板眼孔开孔样板。

项点3中的司机室裙板与前端边梁错口的有5辆车，最大超差数值达到5 mm，原因为裙板与前端边梁接口处直线度达6 mm，现场车辆对裙板急弯处开缺口、释放应力后调修直线度，源头解决措施为将裙板蒙皮及骨架立柱高度方向放长5～10 mm，蒙皮组焊后上平台检测直线度后整体修配。

3.3 难点分析

车体调修目的是应力释放及保证车辆的整体视觉效果，为达到车体侧墙板外观平面度不大于1 mm/m的要求，于侧墙板零件成型、侧墙小骨架组焊成型调修及大骨架成型调修开始控制，该过程尽量采用机械调修方法，如大面压力调形、局部反变形配合垫板锤击等，在零件及部件等基础工序平面度控制满足要求的前提下，对整车总成后进行火焰矫正，利用烤火板及具有基准平面的电磁铁对侧墙板进行内外吸附，控制烤火温度及时间，配合浇水激冷从而使侧墙板收紧，该火焰矫正方法又称电磁矫正，原理是闭合磁力开关后，矫正烤火板、侧墙板及电磁铁使其紧密吸附，通过点状火焰加热后冷却形成冷缩应力，从而达到矫正变形的目的。注意矫正墙板之前，须确保墙板上的梁柱平直。其中司机室钢骨架处直线段按此调修，非直线度须在部件成型时满足样板间隙要求。