米轨轻量化平车车体制造的工艺研究

刘 春 曹 壮 包亚军

（中车常州车辆有限公司，常州 213000）

1 米轨平车的用途及特点

米轨平车是在米轨铁路线上用于运输2个20英尺集装箱的车辆，其自重不大于12 t，载重为60 t。国内外传统集装箱平车多采用型钢中梁的框式结构，如图1所示，如泰国米轨集装箱平车（自重15.8 t，载重48 t）、国内的NX70平车（自重23.8 t，载重70 t）等[1-2]。与传统的集装箱平车相比，米轨平车设计执行北美铁路协会的事后评估（After Action Review，AAR）标准，具有只运输2个20英尺的标准集装箱、自重轻、枕梁短等特点。同时，该车采用旁承支撑，具有旁承回转力矩及抗侧滚功能，且能够以具有导向作用的箱挡对集装箱进行定位、限位，同时具有相互独立的自动、直通双套空气制动系统，其结构如图2所示。

2 米轨平车车体的主要结构

该车的车体和底架为全钢焊接结构，由中梁、端梁、枕梁、横梁以及集装箱锁挡装置组焊而成。该车型结构简单，取消了传统集装箱平车中的侧梁组成、纵向梁组成等非主要承载配件，采用了全车承载结构的新结构。

中梁组成结构与传统集装箱结构H型钢或乙型钢不同，为Q450NQR1高强度耐候钢组焊成箱形鱼腹变截面结构，其质量较型钢中梁减轻约30%以上。同时，该车型采用整体式冲击座和C级钢上心盘，且端梁、枕梁、横梁为上下盖板和腹板组焊而成的箱形结构，取消了传统集装箱平车中的侧梁组成、纵向梁组成等配件。另外，集装箱锁挡装置由端部箱挡和中部箱挡组成，箱挡由座板、挡板、筋板组焊成，挡板设有导向倾角，且端部箱挡位于底架端梁上，中部箱挡位于底架横梁上。

3 车体制造主要工艺研究及关键质量控制

3.1 中梁制造工艺

中梁由中梁腹板、中梁上盖板、中梁下盖板等组焊而成，其组装质量会影响整车长度挠度、心盘翘曲、车钩高等参数。由于采用轻量化箱型梁结构，与型钢相比，其各板拼接质量、组装间隙、焊接变形、中梁挠度及中梁旁弯控制难度大，中梁组装示意图和实际组装图分别如图3。

3.1.1 主要控制要点

中梁组装的主要控制要点为中梁各板拼接质量、组装间隙、焊接变形、中梁挠度及中梁旁弯等，具体内容如图4所示。

3.1.2 主要制造工艺

（1）中梁腹板拼接前要保证枕梁间挠度控制在预置挠度，同时需要控制牵引梁下垂量、拼接根部间隙和板宽度方向错边量。各板拼接焊缝焊完后切割引弧板和收弧板，切割时要留一定打磨余量，然后使用砂轮将焊缝打磨平整，最后用抛光砂轮抛光，以确保焊缝与母材平滑过渡。

（2）中梁组装时，中间需要增加工艺撑，以防止中梁腹板焊接波浪变形，保证中梁组装尺寸和胎模预制挠度。

（3）中梁焊接时需控制焊接顺序，以防止焊接变形，且各铸件焊接前要进行预热。中梁下盖板与腹板间焊缝的焊角为10 mm，采用多道焊方式焊接，焊接顺序。腹板与上下盖板的焊缝采用分段对称的方式进行焊接，每段焊缝长度为1 000～ 2 000 mm，焊接顺序如图5所示。中梁点焊固定后，在牵引梁上下翼边上搭接焊接工艺撑，以避免下翼边变形。另外，中梁腹板组成、中梁下盖板、中梁上盖板的长度尺寸公差需按总长+10 mm制作。

3.2 底架制造工艺

底架由牵引梁上盖板、端梁、横梁、枕梁和中梁组成，其中端梁、横梁上安装有集装箱止挡。横梁、端梁组装质量会影响集装箱承载面的平面度和高度差。底架组装示意图和实际组装图分别如图6和图7所示。

3.2.1 主要控制要点

底架组装的主要控制要点为组装间隙、底架挠度、牵引梁上翘下垂、同一横截面端、枕梁高低差以及箱锁止挡组装等，具体内容如图8所示。

3.2.2 主要制造工艺

第一，底架组装。先将中梁吊入底架组装胎，垂向以心盘为基准进行定位，横向以中梁内腔自动对中，纵向以1位后从板座进行定位，落位后开启抱紧机构，抱紧中梁，然后组装枕梁组成、横梁组成、端梁组成等零部件。

第二，底架翻焊。将底架各组成部件吊入底架翻焊胎，然后翻转至相关平焊位置焊接相关焊缝，并在该工序中完成中梁预留焊缝的焊接工作。

第三，集装箱止挡装置组装。先将枕梁上盖板、端梁上盖板按图纸要求组装，并采用整体组装样杆控制集装箱止挡组装尺寸，组装过程中要保证各止挡座板的高度差和对角线差尺寸符合要求，检查合格后焊接水平位置焊缝。

第四，底架矫正。将底架组成吊入底架矫正胎，然后检查中梁挠度、枕梁高低差、端梁高低差以及牵引梁下垂量控制。

第五，底架铆焊交验。将底架组成吊入底架铆焊交验胎，铆接票插、厂名牌等配件，并检查各尺寸。

3.3 工艺试验

通过对米轨集装箱平车焊接接头进行梳理，完成了相应的焊接工艺评定，并根据焊接工艺评定确定了合理的焊接规范，如表1所示。

3.4 静强度试验

按照AAR标准CⅡ分册第Ⅺ章“新造货车运用性能的试验和分析”的要求，对样车车体进行静强度试验。试验结果显示，最大应力发生在重车纵向牵引时，位置在枕后中梁上盖板，应力值为426.4 MPa，小于强度评定值（材料的屈服极限）450 MPa，且所有试验工况均没有产生结构部件永久变形，车体静强度满足AAR的强度标准要求。

4 结语

车体结构优化后，通过轻量化车体方案的工艺研究，该车的结构新颖、要求高、制作难度小。通过制定合理的工艺制造方案，并进行试制和批量米轨平车制造，体现了制造工艺简单、制造成本低、性价比高等优点，达到了最初的工艺研究目的。