鋁合金A型地鐵車輛車體底架平面度控制

■ 尉志強，趙陽，那宇

掃碼了解更多

車體底架平面度是底架的重要制造技術(shù)條件之一，工藝要求車寬方向平面度≤3mm。底架平面度的好壞將直接影響車體總組和地板布安裝等工序。成都地鐵7號線鋁合金車體生產(chǎn)前3列車時，底架制造良好，未出現(xiàn)超過工藝要求的底架，但從第4列后出現(xiàn)底架地板上平面度超差，工藝要求≤3mm，但焊后平面度是3.6mm左右（一、二位端兩端部底架部位的中間地板處，與相鄰焊縫位置相比下塌3.6mm），超出平面度≤3mm工藝要求，調(diào)修無明顯變化，且個別車底架緩沖梁處中間地板變形嚴重，凸出4mm左右。

以成都地鐵7號線為例，介紹鋁合金A型地鐵車輛車體的底架結(jié)構(gòu)及影響底架平面度的因素。

1. 影響底架平面度的因素

底架平面度是指底架地板組成與端部底架組焊后底架地板在車寬方向的上平面度。影響底架平面度的主要因素是焊接變形，但底架地板組成平面度和端部底架平面度的影響也是不可忽略的因素。底架的焊接變形程度與裝配端部底架的壓緊力、工裝和焊接順序都息息相關(guān)。

（1）地板組成平面度和端部底架平面度 地板組成的平面度本身會影響底架的平面度，地板平面度在工藝要求上限時會導致焊后的底架平面度超差。而焊接裝配時，地板組成的平面度和端部底架與地板接觸位置的平面度會決定兩者之間的間隙，間隙越大使用的裝配壓緊力就越大，導致局部間隙較小部位壓力過大，地板被壓變形且影響地板的反變形。當在此位置焊接時，由于端部底架牽引梁為10mm的鋁型材，而底架地板為3mm的鋁型材，在間隙過大處用壓緊工裝壓緊焊接，而牽引梁在壓緊過程中發(fā)生塑性變形，在此位置焊接的底架地板受到牽引梁的拉力會發(fā)生變形，導致地板正面牽引梁處凸起而兩牽引梁之間地板因焊接熱收縮而使正面凹陷，影響底架平面度，嚴重時會導致平面度超出工藝要求。

（2）裝配壓緊力 ①在裝配端部底架時，工藝要求牽引梁與地板必須密貼，需要使用液壓機輔助，壓力越大則貼合越緊。當壓力過大時，會導致地板和牽引梁向地板上平面方向變形，而焊接時受熱影響地板的下平面會收縮，導致兩牽引梁之間地板小幅度下陷，這不僅會影響地板的預置反變形，而且會導致焊后底架正面牽引梁處地板凸起，嚴重影響底架的平面度。②當?shù)匕褰M成和端部底架與地板接觸位置之間的間隙大時，為了保證兩者密貼則需要使用大的壓緊力，導致牽引梁和地板向地板上平面方向變形。由于牽引梁的剛性比地板大，牽引梁發(fā)生塑性變形，導致牽引梁將地板向地板下平面方向拉緊，致使地板上平面下凹。當?shù)匕迮c端部底架的間隙越大時，地板上平面下凹更嚴重，引起底架平面度問題。

（3）焊接變形 底架的焊接變形是不可避免的，尤其是地板與牽引梁的焊接是長焊縫，接頭形式為薄板（3mm）與厚板（10mm）的搭接，焊縫為單層單道的a4（TC車一位端為a5）角焊縫，導致焊接收縮和變形量非常大，致使地板在車寬方向發(fā)生角變形，嚴重影響底架的平面度。

常用于生產(chǎn)現(xiàn)場的控制焊接變形方法有以下幾種：

第一，優(yōu)化焊接順序：牽引梁與地板的焊接為長焊縫，合理的焊接順序是減小焊接變形的措施之一，現(xiàn)場采用圖1所示的焊接順序。

第二，工裝反變形：工裝上增加合適的反變形量，給地板預置一定的反變形以抵消焊接產(chǎn)生的變形。目前在工裝上單根牽引梁位置兩側(cè)和第二、四條焊縫處分別預置3mm、2mm、1mm的變形量（見圖2）。

第三，剛性固定：在邊梁上采用剛性較大的工裝固定，在枕梁和緩沖梁位置采用工藝撐桿固定，減小地板組成的焊后變形。

2. 底架平面度問題的控制

在成都七號線地鐵車體底架制造過程中，底架總組后出現(xiàn)底架地板上平面度超差，工藝要求≤3mm，但焊后平面度是3.6mm左右（兩端部底架部位的中間地板處，與相鄰焊縫位置相比下塌3.6mm），超出平面度≤3mm工藝要求，調(diào)修無明顯變化，且個別車底架緩沖梁處中間地板變形非常嚴重，凸出4mm左右，如圖3所示。

由于前期沒有發(fā)生類似的問題，說明工裝的反變形量、牽引梁與地板的焊接順序不是引起底架平面度問題的原因，可以排除上述因素。而工裝是滿足產(chǎn)品工藝技術(shù)要求的保障，首先要確保工裝滿足工藝要求。

（1）檢查工裝 通過對工裝檢查發(fā)現(xiàn)工裝的局部平面度＞5mm（見圖4），工藝要求≤1mm嚴重超出工藝要求，且工裝牽引梁處的反變形也不滿足工藝要求，工藝要求反變形量為3mm，并圓滑過渡，而牽引梁支座處的平面度凹凸不平，幾乎沒有起到反變形作用。

控制措施：利用專用的水平測量儀器，逐一測量工裝的平面高度，再逐一調(diào)整工裝高度，使工裝平面度（工藝要求≤1mm）和預置反變形滿足工藝要求，并通過生產(chǎn)三輛車來驗證工裝的影響。

工裝調(diào)整后地板的凸起問題得到了解決（見圖5），平面度情況得到了改善，平面度值下降了（見表1）。

結(jié)論：①由圖5可知，在工裝滿足工藝要求后中間地板沒有再出現(xiàn)凸起的情況，所以工裝問題是引起地板凸起的主要原因。②由表1對比可知，在工裝滿足工藝要求后，底架的平面度值相比工裝未調(diào)整之前下降了0.4mm左右，由此說明工裝問題是影響平面度的主要因素之一。

（2）地板組成平面度 前期底架地板組成交出時已向底架總組做了一定的反變形，但沒有按要求做反變形，平面度在車寬方向達到4mm左右（正面凹），反變形量超過工藝要求，而且牽引梁與地板焊接產(chǎn)生的收縮變形在焊縫附近，不是在整個車寬方向，產(chǎn)生收縮變形的部位集中，導致總組焊后整體平面度不好，且中間地板正面處于凹谷。

控制措施：控制地板組成的平面度，將安裝端部底架位置的地板組成平面度控制在1～2mm內(nèi)，跟蹤三輛車底架總組后的平面度情況（見表2），分析地板組成平面度與底架平面度之間的聯(lián)系。

結(jié)論：由表2可知，地板的平面度與底架的平面度有必然的聯(lián)系，當?shù)匕褰M成平面度為1～2mm時，底架的平面度比地板組成平面度為3～4mm時有明顯改善，由此說明地板組成的平面度也是影響底架平面度問題的因素之一。

圖3 地板平面度問題

圖4 工裝問題

圖5 工裝調(diào)整后地板凸起消失

表1 調(diào)整工裝前后平面度尺寸 （mm）

表2 地板組成平面度控制前后的平面度尺寸 （mm）

（3）端部底架平面度 端部底架的平面度情況差，一般偏上差，端部底架安裝時，牽引梁與地板會有間隙（≥3mm)，為了保證密貼使用液壓機壓緊時會導致局部間隙較小部位壓力過大，地板被壓變形且影響地板的反變形，導致地板正面牽引梁處凸起但兩牽引梁之間地板的正面凹陷，影響底架的平面度。

控制措施：端部底架和底架地板組成來件時都要檢查接觸位置的平面度是否在工藝要求范圍之內(nèi)。當其平面度滿足工藝要求而接觸位置間隙較大，則調(diào)整接觸位置間隙至工藝范圍時使用，若無法調(diào)整則更換滿足要求的端部底架，將不滿足裝配要求的端部底架在端部底架班進行調(diào)修，調(diào)修到滿足工藝要求為止再進行底架總組。如果接觸位置僅僅是局部間隙稍大時，利用撬棍在牽引梁位置施加局部的壓力與地板密貼后點固。通過跟蹤三輛車的平面度來分析端部底架平面度與底架平面度問題之間的聯(lián)系，如表3所示。

結(jié)論：由表3可知，端部底架的平面度情況好，底架的平面度也會有好的改善，因此端部底架的平面度對底架的平面度有一定的影響。

（4）裝配壓緊力 在端部底架的裝配過程中，工藝要求端部底架與地板必須密貼。而現(xiàn)場生產(chǎn)程中，工人操作液壓機時，因壓緊力過大，導致牽引梁向地板上平面方向凸起，但焊接時因為牽引梁比地板強度大，牽引梁會回彈，導致牽引梁將地板向地板下平面方向拉緊，致使地板上平面下凹；當?shù)匕迮c端部底架的間隙大時，地板上平面下凹更嚴重。

控制措施：要求工人操作液壓機使牽引梁與地板密貼時，壓力要控制，保證沒有閃縫就可定位焊，不用過于密貼。通過對比控制前后三輛車的平面度確定裝配壓緊力對平面度的影響（見表4）。

結(jié)論：由表4可知，裝配壓緊力對平面度有一定的影響，合理的控制裝配壓緊力可以降低底架的平面度值，改善底架的平面度。

（5）地板組成剛性 在20列之后的底架地板切除了兩牽引梁內(nèi)側(cè)的部分滑槽，導致地板的剛性下降，變形的阻力下降，產(chǎn)生的變形量大。

控制措施：①在M、MP車和TC車二位端的車鉤安裝座位置增加撐塊（剛性固定），如圖6所示。②TC車的一位端，在兩牽引梁內(nèi)側(cè)增加工藝撐桿（見圖7）和靠近緩沖梁與邊梁位置的地板增加壓緊裝置（見圖8），其目的都是增加剛性固定點。

通過采取上述措施后，跟蹤三輛車的平面度情況，比較采取措施前后的平面度（見表5），分析地板剛性是否對底架平面度問題有影響。

結(jié)論：由表5可知，通過增加剛性固定后，地板的平面度達到了工藝要求（≤3mm），平面度值降到了2mm左右（見圖9），平面度非常好，使平面度問題得到了徹底解決。由此表明，中間地板安裝牽引梁位置的滑槽切割降低了該位置地板的剛性，導致變形量增大，引起平面度超差。地板組成的剛性降低是引起平面度超差的主要因素之一。

表3 端部底架平面度及與地板組成間隙控制前后的平面度尺寸 （mm）

表4 控制壓緊力前后的平面度尺寸 （mm）

表5 增加剛性固定措施前后平面度尺寸 （mm）

圖6 撐塊（剛性固定）

圖7 TC牽引梁內(nèi)側(cè)工藝撐桿

圖8 壓緊裝置

圖9 控制后的平面度

3. 結(jié)語

（1）導致底架平面度問題的因素有工裝平面度、地板剛性、地板組成平面度、端部底架平面度及裝配壓緊力。

（2）工裝平面度不滿足工藝要求（≤1mm），局部工裝平面度大于5mm是引起地板凸起的主要原因，通過調(diào)整工裝平面度小于1mm后，地板凸起問題得到有效解決。

（3）地板滑槽切除導致地板組成剛性降低是引起底架平面度問題的主要原因，通過增加剛性固定，徹底解決了平面度問題。

（4）地板組成平面度和端部底架平面度偏上差以及裝配壓緊力過大對底架平面度問題的影響不可忽略，控制地板組成和端部底架的平面度及使用適當?shù)难b配壓緊力可以降低底架的平面度值。

（5）底架平面度超差后，應(yīng)當從工裝是否滿足工藝要求、焊接部件剛性是否發(fā)生變化、焊接部件的平面度是否偏上差及裝配壓緊力是否過大等方面進行分析。當上述因素排除或解決后仍然不能解決底架的平面度問題時，可采用剛性固定法控制底架平面度。

[1] 胡偉，葛振杰.HXD1B型機車車體底架設(shè)計[J].電力機車與城軌車輛，2010（1）：22-24.

[2] 賈安東． 焊接結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)[M]． 北京 ： 機械工業(yè)出版社 ，2007．

[3] 溫棚，張旭東，Hery Peng，等．薄板激光焊接失穩(wěn)變形及其控制[J]． 焊接學報，2006，(9)： 99-102．

[4] 關(guān)橋，郭德倫，李從卿．低應(yīng)力無變形焊接新技術(shù)-薄板構(gòu)件的 LSND 焊接法[J]．焊接學報，1990，11(4)：231-237．

[5] 朱劍月，沈培德.地鐵B2型鋁合金車體結(jié)構(gòu)設(shè)計與靜強度分析[J].鐵道機車車輛，2005（2）：14-16.