內燃動車組轉向架構架制造技術研究

□姜 斌 □宋學毅 □張文朝 □劉春洋

中車唐山機車車輛有限責任公司 河北唐山 063035

內燃動車組轉向架構架制造技術研究

□姜 斌 □宋學毅 □張文朝 □劉春洋

中車唐山機車車輛有限責任公司 河北唐山 063035

以出口土耳其內燃動車組轉向架構架為研究對象，分析了構架的基本結構特點，給出了構架側梁組成、橫梁組成的制造工藝流程，并對工藝難點進行了分析。針對轉向架構架工藝難點及實際生產中易出現的工藝問題，給出了具體的解決方案。

中車唐山機車車輛有限責任公司為土耳其伊茲密爾市設計了新一代內燃動車組[1]，其構架與傳統城軌轉向架構架相比，在滿足穩定行駛性能要求的前提下，具有結構簡潔、制造成本低、性能優良等特點，已成為內燃動車組轉向架的代表產品[2-4]。筆者以該構架為研究對象，重點分析了其側梁組成和橫梁組成等關鍵部件的結構形式、工藝特點，以及制造工藝難點，并給出了各部位的工藝流程。與此同時，針對加工構架過程中的工藝難點，以及在實際生產中出現的工藝問題，提出了具體的解決方案[5-8]。

圖1 動車構架

1 構架及其主要組件的基本結構

1.1 構架組成基本結構

該構架采用典型的H型焊接結構形式，分為動車構架和拖車構架，具體結構如圖1、圖2所示。

圖2 拖車構架

動、拖車構架的區別為：動車構架具有電動機吊座、齒輪箱座等動力支撐傳動裝置，而拖車構架無動力支撐裝置。構架橫梁采用鋼板拼接形式，通過縱向梁將兩個橫梁箱體連接，與典型的城軌、地鐵及普通客車構架不同的是，橫梁與側梁的連接并非采用插接形式，而是通過橫、側梁上下蓋板對接，以及橫梁立板與側梁立板T形連接，將橫、側梁以焊接的形式連接為一體。

由于側梁與橫梁采用了對接焊接形式，因此更容易進行構架的組裝。同時，焊接后的構架扭曲變形量小，易調修，所以具有良好的結構工藝性。

1.2 側梁組成基本結構

動、拖車構架的側梁結構相同，為典型的箱體形式，側梁的上、下蓋板與立板以拼接形式連為一體，內部附有筋板，起支撐和加強作用，上、下蓋板同為折彎成形工件。側梁組成結構如圖3所示。

圖3 側梁組成結構示意圖

與傳統的城軌側梁結構不同，此構架側梁內腔不作為氣室使用；同時，對上蓋板平面度、定位座間距等重要尺寸精度要求較高[9]。

1.3 橫梁組成基本結構

動、拖車構架的橫梁結構不同，動車橫梁帶有電動機吊座和齒輪箱座，基本形式如圖4所示。拖車橫梁組成中并沒有與動力系統相關的裝置，其基本形式如圖5所示。

動車構架的動力系統集成于相應橫梁組成之中，這種結構與CRH3型動車組構架獨立的電動機懸掛系統相比，結構更加簡單緊湊，但橫梁組成焊接量相應增大，易造成較大的焊接變形[10]。

2 構架主要組件工藝難點分析

2.1 側梁組裝焊接工藝

由上文所述，側梁為上、下蓋板與立板和筋板拼接的箱型形式，側梁組焊工藝流程如圖6所示。

圖4 動車橫梁結構示意圖

圖5 拖車橫梁結構示意圖

圖6 側梁組成工藝流程

側梁上、下蓋板與內外立板之間采用焊接方式，立板與上、下蓋板外側焊縫形式為HYs13+a3，立板與下蓋板內側焊縫形式為a3。焊接填充量大，尤其是上、下蓋板與橫梁的對接位置。在蓋板寬度較小的區域，由于大量的熱輸入，易發生較大的焊接變形。實際的焊接變形情況如圖7所示，下蓋板將會向箭頭方向收縮變形，上蓋板將會向箭頭相反方向收縮變形，最終結果使側梁上、下蓋板間距減小。

圖7 側梁焊接變形示意圖

由于側梁為箱型結構，剛性很大，焊后采用冷壓的方式調修效果并不理想。另外，過度熱調修易引起母體材質內部組織結構發生變化，影響工件整體性能。因此，針對此結構，不宜采用熱調修方式。

工件焊接過程中，焊接變形是無法避免的，較大的焊接變形會導致工件局部尺寸超過設計公差，進一步影響工件整體性能，甚至造成工件報廢。構架對側梁焊后尺寸要求較高，垂向尺寸公差要求為±2 mm，橫向尺寸公差要求為±1 mm。對于較高的尺寸精度要求，需要在工件焊接前采取預防措施，盡量減少調修，保證工件設計要求。

因此，預防和控制側梁焊接變形量，做到焊后無需調修或僅需微調即可滿足設計尺寸要求，是側梁組焊工藝中的一個難點[10-12]。

2.2 橫梁組裝焊接工藝

構架橫梁從結構和功能要求上分為動車橫梁和拖車橫梁，雖然結構不同，但工藝流程基本相同，如圖8所示。

圖8 動、拖車橫梁工藝流程

動車橫梁組成中，電動機吊座與橫梁連接形式如圖9所示。電動機吊座將在后續構架加工時鉆孔，以實現與電動機的連接。橫梁組焊過程對電動機吊座的位置要求較高，水平X方向和垂向Z方向的尺寸公差均要求為±1 mm。

圖9 電動機吊座與橫梁連接形式示意圖

電動機吊座與橫梁上、下蓋板有焊接要求，與上、下蓋板的單獨焊接會造成不對稱焊接熱輸入，相關區域易產生焊接收縮，造成電動機吊座整體變形，進而造成電動機吊座整體在橫向發生位置偏移，影響后續構架的加工工序。如何預防和控制電動機吊座的位置變形量，滿足后續構架加工和電動機組裝精度要求，是橫梁組焊過程的工藝難點。

3 構架的重要組件

3.1 側梁組裝焊接

針對側梁焊接后上、下蓋板間距縮小的工藝問題，對側梁上、下蓋板采用預制反變形的方式解決。

具體實施方案如下。

（1）側梁上、下蓋板預制反變形，如圖10所示。下蓋板折彎成形后，對標記紅線區域預制反變形，反變形方向為圖10中箭頭方向。使用C型壓力機對側梁進行冷壓，使上蓋板調修位置較水平部分上翹3 mm。

圖10 側梁下蓋板預制反變形示意圖

上蓋板的預制反變形方法與下蓋板一致，方向與下蓋板相反。

（2）側梁組成在焊接前預制反變形，如圖11所示。變形區域由于側梁外側焊縫焊接，大量的熱輸入使此區域收縮變形，實際變形趨勢為側梁整體端部向上偏移。為消除此變形，將側梁安裝在工裝上，焊接前使用扳手對壓緊裝置的絲杠進行緊固，使側梁的端部區域向下預制反變形3 mm。

圖11 側梁預制反變形

通過以上兩種工藝方法，焊接完成后，焊接收縮引起的變形可與預制的反變形抵消，側梁上、下蓋板平面度≤1 mm，無需調修即可滿足設計要求。

以上方法減少了側梁焊接后的調修工作量，保證了產品質量和生產效率。

3.2 橫梁組裝焊接

如前文所述，動車橫梁焊接后電動機吊座會產生變形，因此，動車橫梁電動機吊座與橫梁管組對時，采用預制反變形的工藝方法。

如圖12所示，將箭頭所示電動機吊座與橫梁組成中心線定位尺寸控制在282.5±2 mm內，預制反變形時，安裝電動機吊座應向外移動3 mm，即組裝尺寸控制在285.5 mm，焊接后，電動機吊座會向橫梁組成中心線方向自行收縮偏移，以此抵消預制反變形。

圖12 電動機吊座預制反變形

按此工藝方法，電動機吊座焊接完成后的位置尺寸可控制在±1 mm內，無需調修即可滿足設計要求。

4 結束語

介紹了出口土耳其內燃動車組轉向架構架及其重要組件的基本結構，給出了構架制造工藝流程，對制造過程中的工藝難點進行了具體分析，并針對具體工藝問題給出了解決方案。通過生產實踐，證明了工藝方案的有效性，同時為相似車型構架制造工藝的制定及典型生產工藝問題的分析解決提供了有益的經驗。

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[12]張三磊，羅宇，陳陟悠.動力機車轉向架側梁焊接變形預測[J].焊接學報，2010，31（10）：110-112.

Took the truck frame ofdiesel coach set exported toTurkeyas the subject for study.Byanalyzingthe basic structural characteristics of the frame,gave out the composition of the truck frame,manufacturing process for beamassembly while the technical difficulties were analyzed.Aimingat the technical difficulties for engineering of truck frame and the frequent engineeringissues duringreal production,specific solutions were provided.

內燃動車組；轉向架；構架；制造工藝

DieselCoach Set；Truck；Frame Structure；Manufacturing Process

TH162；TP391.73

A

1672-0555（2016）04-013-04

2016年6月

姜斌（1984—），男，碩士，工程師，主要從事軌道客車轉向架制造技術研究工作