孟加拉與CW-200K構架附加氣室結構和焊接工藝

畢越寬，石　華，柳士強，安　博，孫林祥

孟加拉與CW-200K構架附加氣室結構和焊接工藝

畢越寬1，石華2，柳士強1，安博1，孫林祥1

（1．唐山軌道客車有限責任公司轉向架新廠，河北唐山063035；2．唐山軌道客車有限責任公司產品技術研究中心，河北唐山063035）

空氣彈簧取代搖枕作為轉向架的二系懸掛對客車提速、舒適度等性能發揮著重要的作用。介紹轉向架構架附加氣室和空氣彈簧的作用，對比分析孟加拉和CW-200K型轉向架構架附加氣室的結構，簡單分析二者焊接工藝的異同點。分析這兩種轉向架構架附加氣室主要的焊接失效部位，指出這兩種轉向架構架附加氣室在結構和焊接工藝方面需要完善和優化的地方。

構架；附加氣室；空氣彈簧；焊接工藝

0　前言

客車轉向架的懸掛裝置一般分為一系懸掛、二系懸掛，國內低速轉向架二系懸掛通常采用搖枕裝置，比如時速120 km/h的209P型轉向架。時速超過160 km/h的客車通常采用空氣彈簧代替搖枕組成作為二系懸掛。無搖枕結構轉向架具有結構簡單、質量輕、安全可靠、檢修方便等優點，被國內外廣泛應用于高速列車上。空氣彈簧應用于高速客車有利于提高車體的平穩度和乘坐舒適性[1]。

配備空氣彈簧部件的轉向架都會帶有附加氣室，不同種類轉向架的附加氣室結構和位置不盡相同。構架是轉向架的支撐骨架，由橫梁、側梁及附件構成。附加氣室可以位于構架內部，也可以位于構架外部。如CRH380BL動車組的枕梁組成為附加氣室，位于構架的外部。CW-200K構架的附加氣室位于側梁內腔，唐車公司自主研發生產的孟加拉構架附加氣室位于橫梁鋼管內，這兩種轉向架的附加氣室都位于構架內部。

1　空氣彈簧

空氣彈簧發明于19世紀中期，早期用于機械設備隔振，目前被廣泛應用于汽車、機車車輛等交通工具。我國自20世紀50年代開始對空氣彈簧進行了較為系統和專業化的研究。目前，我國自主研發的空氣彈簧在結構優化、使用性能等方面都取得了長足的進步。

空氣彈簧的主要物理參數包括固有頻率、剛度、氣室容積、節流孔直徑、等效阻尼等[2]。空氣彈簧一般由上蓋板、橡膠氣囊、支撐座、下座、應急彈簧及節流閥等部件組成。SYS580型空氣彈簧結構簡圖如圖1所示，車體通過搖枕或者直接坐落在空氣彈簧上，下座通過應急彈簧坐落在構架上，通過空簧導柱與構架氣室聯通，橡膠囊形成的空氣室通過節流孔與附加氣室相連，附加氣室通過高度調整閥連接到列車供風管。

1—上蓋板；2—橡膠氣囊；3—支撐座；4—橡膠堆；5—節流閥圖1　SYS580型空氣彈簧結構

2　附加氣室作用

附加氣室可以增加空氣彈簧的總容積，相關資料表明，在一定范圍內增加附加氣室的容積能夠降低空氣彈簧的剛度[3]。車體的重量作用在空氣彈簧上，行車時空氣彈簧的壓力會不斷變化，空氣彈簧氣室空間會相應的增減，所以空氣彈簧和附加氣室之間通過管路、節流孔連接會產生壓力差，空氣彈簧內部的空氣會在空氣彈簧和附加氣室之間進行交換，可以改變空氣彈簧的震動特性。管路里有氣壓傳感器，可以實時監控空氣彈簧的壓力變化參數。

3　附加氣室結構組成

CW-200K為H型構架，孟加拉為“日”字型，在構架的前后方各增加一個端梁。CW-200K與孟加拉構架的橫梁、側梁連接方式相似，都為插接形式。橫梁材質都是進口的無縫鋼管。

孟加拉附加氣室主要由橫梁鋼管構成。如圖2所示，側梁兩端各有一個密封結構，由氣室上蓋板、立板、下蓋板拼焊而成，在兩根橫梁鋼管伸出側梁的位置各開一個通氣孔（圖2方框位置），這樣兩根橫梁管和兩端的密閉空間通過通氣孔形成一個通路，構成孟加拉構架的附加氣室。在附加氣室的下蓋板和立板位置分別開設一個孔（圖3方框和圓圈處），與螺堵柱焊在一起，分別通過管路連接空氣彈簧和車體供風缸。空氣彈簧與構架附加氣室的空簧導柱相連，構架附加氣室與供風裝置通過差壓閥座相連。

圖2　孟加拉構架橫梁組成示意

圖3　孟加拉構架附加氣室結構示意

CW-200K構架附加氣室位于側梁內，由側梁上蓋板、下蓋板、立板、端部筋板拼焊而成，如圖4所示。側梁上蓋板、下蓋板各開設一個孔，分別與空氣彈簧和車體供風缸相連。CW-200K構架側梁組成內焊接氣嘴座，氣嘴座與空氣彈簧相連接，氣嘴座的作用與孟加拉構架的空簧導柱類似。

4　附加氣室焊接工藝對比分析

附加氣室對密封性要求較高，所以附加氣室的焊接尤為重要。兩種構架的焊接參數如表1所示。

CW-200K構架的側梁組成中上下蓋板與立板的四條長焊縫采用CLOOS機械手焊接，其余部位均采用手工焊接。孟加拉構架橫梁組成中，橫梁鋼管與端帽采用OTC機械手焊接，其余部位采用手工焊接。CW-200K構架的機械手焊接量要明顯高于孟加拉構架。采用機械手焊接可以在提高生產效率的同時最大限度的控制焊接變形，機械手焊接質量穩定，有利于達到焊縫的氣密性要求。這兩種構架焊接后要求對氣室做800 kPa氣壓試驗，30 min內減壓不得大于5 kPa。氣室一般需要做兩次氣壓試驗，分別在構架整體熱處理前后進行。這兩種構架的附加氣室內腔都需要做防腐處理，所以焊接后必須將氣室內腔的焊接飛濺、鐵屑去除，否則會形成腐蝕隱患，鐵屑還容易引發空氣彈簧氣路堵塞。附加氣室的焊縫都需要進行100％表面磁粉探傷，有焊透要求的需要進行100％超聲波檢測。

圖4　CW-200K構架側梁組成示意

表1　兩種構架附加氣室焊接參數

結構的差異導致CW-200K構架附加氣室焊接量要多于孟加拉構架附加氣室，所以CW-200K構架附加氣室的焊接更為困難。通過長期生產經驗發現，發生漏氣最多的位置處于側梁兩端的筋板處，見圖5a方框位置。立板與下蓋板的焊縫、筋板與立板的焊縫在此處形成三方向交叉焊縫，交叉處由于熱輸入大、焊槍可達性不好等因素造成此處焊接缺陷多，漏氣幾率增加。孟加拉構架附加氣室的焊接難點位于空簧導柱與氣室上蓋板、側梁上蓋板位置。這個位置同樣涉及到三面焊縫重疊的問題，發生漏氣的幾率較大，見圖5b方框位置。兩種構架橫梁組成與側梁組成的連接焊縫不僅起到連接承載的作用，同時又是氣室的密封焊縫。所以這條焊縫的焊接質量非常關鍵。焊接難點在于坡口深，焊工在焊接時需要不停調整焊槍角度，對焊工的技術水平要求高。

圖5　CW-200K和孟加拉構架附加氣室常見漏氣位置

在附加氣室的結構設計方面應盡量優化結構，減少焊接量，減少交叉焊縫數量，考慮焊接的空間位置和可達性。通過制定合理的焊接工藝減少附加氣室的返修量，提高附加氣室的使用性能。盡可能多地使用焊接機器人焊接關鍵焊縫，提高焊接質量。確保點固焊質量，多層多道焊接時控制層間溫度并及時清理焊縫，避免在交叉焊縫處引弧和熄弧等。通過采用合理有效的措施，構架附加氣室的焊接質量一定會有較大幅度的提升。

5　結論

（1）構架上的附加氣室可以有效增大空氣彈簧的容積。

（2）CW-200K和孟加拉構架附加氣室大大提升了空氣彈簧的使用效率，降低空氣彈簧的剛度和固有頻率。

（3）CW-200K附加氣室整體焊接質量優于孟加拉構架附加氣室，但局部漏氣幾率要大于孟加拉構架附加氣室。

（4）需優化附加氣室的設計結構，盡可能減少三面交叉焊縫結構。優化焊接工藝，避免在焊縫交叉處頻繁引弧和熄弧。

[1]袁春元，周孔亢，吳琳琪.車用空氣彈簧有限元分析方法[J].機械工程學報，2009，45（6）：262-266.

[2]王家勝，朱思洪.帶附加氣室空氣彈簧力學特性參數試驗[J].江蘇大學學報，2010，31（4）：408-411.

[3]李芾，付茂海，黃運華.空氣彈簧動力學特性參數分析[J].西南交通大學學報，2003，38（3）：33-36.

Analysis of the structure and welding process of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K Bogie

BI Yuekuan1，SHI Hua2，LIU Shiqiang1，AN Bo1，SUN Linxiang1
（1．Manufacturing and Technology Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China；2．Product&Tech.Research Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

It has many characteristics when air spring instead of bottom bolster becomes secondary suspension support of locomotive bogie，such as comfortable，high speed and so on.This paper introduces the function of auxiliary chamber and air spring，and analyzes the structure of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K bogie.The introduction is given about the different welding process between two bogies，and indicates that the structure and welding process of auxiliary chamber need to be improved.

bogie；auxiliary chamber；air spring；welding process

TG457.2

B

1001－2303（2016）01－0081-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.19

2014－12－23；

2015－11－02

畢越寬（1984—），男，吉林四平人，碩士，主要從事轉向架焊接工藝方面的工作。