鐵路貨車制造中柔性工藝裝備的研究與開發

殷實

摘要：本文首先闡述了鋁合金車體柔性工藝裝備，接著對鐵路貨車的工裝柔性化進行了探討。

關鍵詞：鐵路貨車;柔性化;工藝裝備

引言

國內鐵路貨車產品正處于高速發展階段，鐵路貨車生產企業的產品也在不斷推陳出新，為了更好地適應市場的快速發展，在不同產品系列化的生產線上實施工藝裝備柔性化對國內鐵路貨車生產企業的發展有極大的意義。

1鋁合金車體柔性工藝裝備

1.1側墻組焊柔性化工藝裝備

一方面是不同弧度方面的設計。因為鐵路貨車的車體端面形狀通常情況下，都會出現變化，對性能會產生比較大的影響，而為了能夠符合性能需求，設計人員在側墻組柔性化工裝存放了轉動輥子，共有8個工位，每一個工位上都放置定位塊，形狀各有不同。這樣一旦側墻外形輪廓出現改變，工作人員只要啟動切換按鈕，整個系統即會借助液壓裝置驅動輥子，這些輥子會一起旋轉，以此實現各個形狀側墻組焊接組裝。

另一方面，長度方面的設計。工裝只要是由兩個部分構成，一個是基礎底座，另一個是定位卡緊模塊。基礎底座主要是位于定位卡緊模塊之下，定位卡緊模塊可以在其上面進行任意調整。側墻組焊長度不同，則使用的卡緊模塊長度組合也有相應的差異，具體長度組合視具體情況而定。

1.2底架組焊柔性化工藝裝備

一方面寬度方面設計。設計人員主要是在底架邊梁處，將模塊壓緊，以此使得直線導軌結構有所提升，進而符合底架寬度條件。正常情況下，底架寬度在31384-31784mm之間，在這區間，任何鐵路車輛底架焊接都能夠滿足需求;另一方面，長度方面設計。設計人員將定位塊與壓緊汽缸融為一體，成為一個模塊結構，同時將這一模塊結構安裝在C型鋼中，由于C型鋼位于主體骨架上，因此模塊能夠在主體上水平移動，以此實現各個長度鐵路車輛底架不同的焊接需求。

1.3車頂焊接柔性工藝裝備

第一，寬度長度的設計。工藝裝備由兩部分構成，一部分是基礎橫梁模塊，另一部分是定位夾緊模塊。為了能夠讓車頂寬度任意自由的調整，設計人員在定位夾緊模塊處又設置了一個三級調節機構，原有的一、二級調整結構能夠調整±50mm范圍，在此基礎上，車頂寬度能夠在2160-2360mm進行調節。如果這一調整量無法大大需求，就可以通過三級調節結構進行調節，此級別的調節結構能夠在±200mm進行調整。

第二，長度方面的設計。車頂柔性化功能重要是通過長度不一、類型不一的車頂通過在基礎橫梁模塊移動來完成的，而完成這一動作則需要定位夾緊模塊。基礎橫梁模塊移動后，是否能夠保證精度，需要導正銷來橫梁。

第三，正、反裝方面的設計。正車頂阻焊與反車頂阻焊組主要借助正裝車頂以及反裝車頂定位塊相互之間的切換來實現的，與此同時，也需要轉臂旋轉以及精確定位。

1.4司機室組焊柔性化工藝裝備

第一，長度方面設計。設計人員為了能夠使工裝長度方面更具柔性，通常都會將工裝分成很多組模塊，一旦司機室長度需求發生變化，指需要對各個模塊之間的距離進行調整即可;第二，寬度方面的設計。設計人員在側面定位板上有設計了直線導軌機構。如果司機室寬度出現變化，就將定位銷完全拔出，而后移動側面定位板，移動方向與直線導軌滑動方向要保持一致，待到滿足需求時，再將匯定位銷安裝上;第三，司機室不同弧度方面的柔性化設計。為了增強工裝弧度方面的柔性，在設計時把側面定位板設計成分體的兩部分（側面定位板與弧度用定位板）。當司機室弧度發生變化時，只需要更換最前面的弧度定位板，即可完成工裝的轉變。

1.5車體總組成組焊柔性化工藝裝備

第一，車體寬度方面的柔性化設計。在組焊不同寬度的車體時，通過調整車體支撐模塊和車體拉緊模塊的相對位置（見圖1），來實現車體寬度方向的柔性化設計。第二，車體長度方面的柔性化設計。在組焊不同長度車體時，通過工裝預埋T型槽來調整車體支撐模塊和車體拉緊模塊的相對位置，實現車體長度方向的柔性化設計。

2鐵路貨車的工裝柔性化

2.1沖壓模具柔性化

組合模具無疑是一種較好的柔性化沖壓模具，它可由成系列的標準化元件根據加工對象的工藝要求隨時組裝而成，與專用模具相比，具有準備周期短、成本低（各元件可以重復使用，節省了原材料和模具元件的設計與制造費用）、對產品變化的適應能力強并能達到較高的尺寸精度和幾何精度等優點。

2.2組焊夾具柔性化

鐵路貨車全部為箱形結構，各車型之間除了局部個性化結構外，主要不同點在于長度和寬度尺寸，目前國內外鐵路貨車設計外觀尺寸通常在長度17～26m、寬度2.6～3.2m范圍內變化。通過對鐵路貨車制造用既有組焊夾具進行歸納和整理，可以分為大部件組焊夾具與小部件組焊夾具。

各種大部件組焊夾具總體上均由基礎單元、支撐單元、夾緊單元、定位單元、導向單元等組成。以底架組對組焊夾具為例，現有鐵路貨車（除鋁合金車體外）底架由牽枕緩、邊梁、橫梁、地板組成，部分底架帶有中梁。底架組對組焊夾具包含基礎單元、支撐單元及牽枕緩、邊梁、橫梁、中梁定位夾緊單元等。基礎單元由縱向通長分布在兩側的T型槽預埋鐵組成;支撐單元由18根上平面帶T型槽的橫梁組成，通過螺栓安裝在基礎單元上;牽枕緩、邊梁、橫梁、中梁定位夾緊單元通過螺栓安裝在支撐單元上。

其中，基礎單元和支撐單元構成同一結構形式的工裝基礎，支撐單元可以在基礎單元上沿縱向方向調整;牽枕緩、邊梁、橫梁、中梁定位夾緊單元可以在支撐單元上沿橫向方向調整，定位夾緊單元必須進行標準化、模塊化設計。各單元通過縱向及橫向方向的調整及更換標準化模塊能夠滿足不同車型底架的生產需求，實現工裝柔性化應用。

小部件組焊夾具采用三維柔性組合夾具，由主體部分（支撐和夾具臺）和定位夾緊裝置組成。支撐調整工裝高度使工人操作變得更加舒適;夾具臺由單個或者數個上面及側面布滿縱橫分布標準系統孔的焊接平臺組成。定位夾緊裝置由標準化、系列化的定位件及鎖緊件、壓緊件組成。三維柔性組合夾具臺的5個面均加工有有規則的孔，大部分配件都可以通過定位鎖緊銷進行各種定位和壓緊，柔性化程度很高。

2.3存放運輸工裝柔性化

用于車體存放運輸的主要有工藝轉向架和架車支撐。工藝轉向架用于在鐵路上運輸及存放車體，使用絲杠結構或其他可調高度方式承載安裝了工藝心盤的不同結構的車體。架車支撐用于存放車體，由框架、支撐、側定位及中心定位模塊組成，通過調整支撐的寬度和高度滿足了不同貨車的需求。

國際鐵路車輛所用轉向架的軌距除了1435mm的標準軌距外，還有1000mm、1067mm等窄軌軌距和1520mm、1600mm、1676mm等寬軌軌距。為了使非標準軌距的轉向架及貨車在標準鐵路上運輸，特制造了轉向架運輸小車，其工作流程為：將非標準軌轉向架或已安裝轉向架的貨車吊裝固定在小車上，通過人力或者機械動力在鐵路上推至指定地點，再將轉向架或已經安裝轉向架的貨車吊放至鐵路上。該運輸小車通過調整轉向架固定裝置的位置，可以運輸各種軌距的轉向架或已經安裝轉向架的貨車。

結束語

柔性化工裝的應用明顯地縮短工裝的設計和制造周期、提高工裝利用率從而提高生產效率，減少工裝的重復性投入，進而降低成本增強企業的綜合競爭能力。隨著國際鐵路貨車市場訂單的不斷增加，柔性化工藝裝備將在車輛制造中發揮更加突出的作用。

參考文獻：

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（作者簡介：中車沈陽機車車輛有限公司）