現(xiàn)代有軌電車框架加工工藝優(yōu)化與成果

嚴(yán) 安 寧

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

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·機(jī)械與設(shè)備·

現(xiàn)代有軌電車框架加工工藝優(yōu)化與成果

嚴(yán) 安 寧

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

結(jié)合某工程實(shí)例，從內(nèi)腔“T”形槽、內(nèi)腔預(yù)留量、數(shù)控加工程序及“十”字交叉轍叉等方面，提出了現(xiàn)代有軌電車轉(zhuǎn)轍器框架的優(yōu)化措施，達(dá)到了提高加工效率的效果，保證了有軌電車項(xiàng)目的順利完工。

有軌電車，轉(zhuǎn)轍器框架，道岔，加工工藝

隨著國家城市與交通轉(zhuǎn)型的進(jìn)一步發(fā)展,以人為本和可持續(xù)發(fā)展成為核心戰(zhàn)略。在我國城市高密度、高強(qiáng)度的開發(fā)建設(shè)模式下，汽車尾氣污染已經(jīng)成為許多城市主要空氣污染源。交通擁擠問題已經(jīng)成為一種社會公害,優(yōu)先發(fā)展公共交通已經(jīng)是城市交通發(fā)展的必由之路。現(xiàn)代有軌電車作為一種低碳、環(huán)保的中低運(yùn)量城市軌道交通方式在當(dāng)代城市受到了青睞。

道岔作為有軌電車的核心設(shè)備發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，與公交車的空氣污染、噪聲、能耗相比較，現(xiàn)代有軌電車更凸現(xiàn)其低碳環(huán)保、舒適新穎和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，在國外發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用，目前也受到國內(nèi)越來越多的城市關(guān)注。如北京、長春、沈陽、大連、深圳、武漢、上海、成都等都在根據(jù)自身城市客運(yùn)交通需求積極推進(jìn)現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目建設(shè)。

轉(zhuǎn)轍器框架是有軌電車道岔關(guān)鍵零部件之一(見圖1)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大。選取一套可靠、先進(jìn)、高效的加工工藝尤為重要。

以武漢東湖T1,T2線及深圳龍華線有軌電車項(xiàng)目為例，在加工轉(zhuǎn)轍器框架、十字交叉合金鋼轍叉(由4個“井”字形轍叉組成)過程中，通過對加工工藝的研究和探索，不斷優(yōu)化加工方式，形成了一套較為成熟、高效的加工工藝。該工藝既保證了產(chǎn)品尺寸精度又極大提高了加工效率，取得了良好成果。

1 內(nèi)腔“T”形槽工藝優(yōu)化

直向轉(zhuǎn)轍器框架合金鋼材質(zhì)為高強(qiáng)度NM400，其具有相當(dāng)高的機(jī)械性能，是普通低合金鋼板的3倍～5倍，表面硬度達(dá)到(360～450)HB。既有工藝在加工“T”形槽時，采用正面朝上“掏槽”加工方式。工件涉及7個加工斷面，加工長度達(dá)到4 000 mm，加工深度至80 mm，所用刀具為φ70,φ92,φ120三種“T”形刀。按吃刀量0.5 mm，主軸轉(zhuǎn)速300 r/min計算，加工單根工件時間在15 h左右。

通過對現(xiàn)場工裝、刀具及工況分析，采用將合金鋼板正面朝下的立銑方式，使用φ63標(biāo)準(zhǔn)銑刀加工。采用該工藝，主軸轉(zhuǎn)速可提高至600 r/min，吃刀量可增加至1 mm，加工時間縮短一半左右(見圖2)。按此方式加工，輔助時間降低，加工效率高，尺寸精度好。

2 內(nèi)腔和外形預(yù)留加工量優(yōu)化

在加工直向和側(cè)向轉(zhuǎn)轍器框架合金鋼層時，既有工藝為采用80 mm厚鋼板銑削掏槽而成，使用φ63標(biāo)準(zhǔn)銑刀加工槽的形狀，槽寬度100 mm左右，深度80 mm，長度在6 000 mm左右，整體銑削量大，加工時間長。

新工藝采用數(shù)控焰割仿形下料，將內(nèi)腔單邊留量8 mm，同時在控制表面粗糙度小于Ra25情況下進(jìn)行火焰切割，保證形位公差(垂直度1 mm)，再按照圖紙尺寸進(jìn)行數(shù)控加工(見圖3)。該方案既保證了下料高效、精準(zhǔn)，又減少了后續(xù)機(jī)加工留量，極大的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了去除大量加工余量的時間，整體加工時間縮短了10 h。在后期生產(chǎn)過程中，隨著操作水平的提升，在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化下料方案，繼續(xù)減少加工留量，從單邊8 mm降低至(3～5)mm。

由于火焰切割是將內(nèi)腔單邊留量，在6 000 mm長度范圍內(nèi)容易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致內(nèi)腔可能出現(xiàn)一邊預(yù)留加工量大，而另一邊沒有加工量的狀況。經(jīng)反復(fù)論證及現(xiàn)場試驗(yàn)，提出在長度方向間隔1 000 mm預(yù)留寬度20 mm的連接筋，合金鋼層與鋼板層完成上下層焊接后再單獨(dú)火焰切割連接筋，變形問題迎刃而解。

3 加工程序優(yōu)化

轉(zhuǎn)轍器框架合金鋼層加工主要由四大部分構(gòu)成：1)框架外輪廓銑削；2)內(nèi)腔底面(軌頂下80 mm～100 mm處)輪廓銑削；3)內(nèi)腔底面(軌頂面下80 mm處)輪廓銑削；4)框架內(nèi)腔工作邊(軌頂下14 mm處)輪廓銑削。這些不規(guī)則輪廓是由不斷變化的面構(gòu)成，相互之間還會有過渡段出現(xiàn)。因此，無法在加工前進(jìn)行劃線，每個輪廓在數(shù)控機(jī)床上需要分段編制加工程序，編程難度大，復(fù)雜性高，出錯率大。

針對上述情況，采用圖紙放樣、標(biāo)注點(diǎn)坐標(biāo)的方式進(jìn)行編程，具體如圖4所示。

將圖紙進(jìn)行1∶1放樣，按實(shí)際工件位置定好加工原點(diǎn)，將每個輪廓拐點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)注，編程序時直接輸入點(diǎn)坐標(biāo)，先進(jìn)行模擬加工，輪廓單邊留量2 mm，初銑輪廓尺寸達(dá)到要求后按圖紙進(jìn)行二次精銑，保證最終輪廓幾何尺寸。通過工藝改進(jìn)，既提高了編程效率，又提高了加工質(zhì)量。

4 十字交叉轍叉加工工藝優(yōu)化

在有軌電車十字交叉轍叉的制造中，既有工藝為：先加工后焊接。以深圳龍華線某“十”字交叉組合為例，該“十”字交叉組合是由8個“十”字形轍叉組合而成，按照既有工藝，先將8個“十”字形轍叉進(jìn)行機(jī)加工，再焊接成整體“井”字形轍叉。由于工件單件公差和焊接變形，易出現(xiàn)焊接后“井”字形轍叉線形偏差較大、輪緣槽錯牙、軌頂平面度超差等問題，整體幾何尺寸超出檢測標(biāo)準(zhǔn)。加之“井”字型轍叉成框架式結(jié)構(gòu)后，熱調(diào)難度大，影響后續(xù)組裝、試鋪等工序。

為解決上述問題，優(yōu)化后的工藝為：將4個“十”字交叉轍叉按照裝配關(guān)系進(jìn)行組裝，從單個“十”字交叉轍叉組裝成一個整體“井”字形轍叉框架，再進(jìn)行整體鋁熱焊。焊接為“井”字形框架后，給定一個坐標(biāo)原點(diǎn)，按照“井”字形內(nèi)腔坐標(biāo)圖，完成內(nèi)腔輪緣槽的加工(見圖5)。

加工工藝優(yōu)化后，“井”字形轍叉無論從尺寸精度，變形量，外觀質(zhì)量上，產(chǎn)品均比既有工藝有了很大的提高，也極大降低了后續(xù)組裝和試鋪的難度，提高了道岔整體尺寸精度和加工生產(chǎn)效率。經(jīng)過廠內(nèi)試鋪，現(xiàn)場鑒定，優(yōu)化后的加工工藝不僅提高了加工效率，而且在裝配精度，外觀質(zhì)量上均得到了明顯改善，降低了“十”字交叉轍叉的后續(xù)裝配和調(diào)整難度，在后續(xù)十字交叉轍叉生產(chǎn)加工中得到廣泛應(yīng)用，效果良好。

通過優(yōu)化轉(zhuǎn)轍器框架內(nèi)腔“T”形槽工藝、內(nèi)腔和外形預(yù)留加工量優(yōu)化、加工程序優(yōu)化及十字交叉轍叉加工工藝優(yōu)化等一系列工藝優(yōu)化改進(jìn)后，加工1根轉(zhuǎn)轍器框架所用時間由100 h降至40 h。在保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時極大提高了生產(chǎn)效率，保證了武漢T1線、T2線及深圳龍華線有軌電車項(xiàng)目順利完成，成果得到了廣泛應(yīng)用。

[1] 劉翠艷，方 力，郭志方．對我國城市有軌電車技術(shù)發(fā)展的思考[J].城市軌道交通研究，2000(1):21-23.

[2] 深圳市龍華新區(qū)現(xiàn)代有軌電車試驗(yàn)線工程可行性研究[Z].北京:北京城建院，2013.

[3] 巫偉軍.有軌電車系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用前景研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007(8):122-125.

The process technology optimization and achievement of modern tram frame

Yan Anning

(China Railway Baoqiao Group Limited Company, Baoji 721006, China)

Combining with an engineering example, from the inner “T” shaped slot, lumen reserved quantity, CNC machining program, and “+” cross frog and other aspects, put forward the optimization measures of modern tram switch frame, to the effect improvement of process efficiency, ensured the successful completion of tram project.

tram, switch frame, turnout, process technology

1009-6825(2017)12-0220-03

2017-02-20

嚴(yán)安寧(1984- )，男，工程師

U213.6

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