鐵路客車車體側墻平面度調平工藝研究應用

杜 亮 王 濤 孫大森 李大鵬

（1．中車四方車輛有限公司，山東 青島 266000；2．中國鐵路濟南局集團有限公司青島機車車輛監造項目部，山東 青島 266111）

0 引言

鐵路客車（以下簡稱客車）是旅客運輸的重要技術裝備，為使其在運營中保持性能良好、安全可靠，必須定期進行檢修。客車廠修（A4、A5 級檢修）的任務是全面恢復其基本性能，使客車能夠安全舒適地運送旅客[1]。客車經過長時間的運行，車體鋼結構會出現腐蝕現象，同時客車在運行過程中受到碰撞、震動以及內部殘余應力等的作用，在客車外墻上會產生各種變形，車體外墻變形會嚴重影響車輛狀態且存在一定的安全隱患。新的《鐵路客車外墻板檢修技術條件（試行稿）》，針對客車檢修的側墻平面度提出了更高的要求，該技術條件中細化了檢修客車外墻板平面度的技術標準。新要求規定，車輛檢修時，側墻板平面度超過5 mm/m 以上的，需調平至3 mm/m 以內，以保證車體檢修質量，確保車輛安全運行。

由于客車車體是車輛承載的重要部件之一，且對車輛的外觀質量要求嚴格，為保證客車車體的側墻平面度和車體檢修質量，提升車體檢修車體側墻平面度調平質量及生產效率，該文主要通過選取檢修客車車體側墻上的板材作為實驗對象進行熱控形模擬實驗，選擇不同的加熱溫度、加熱布局以及加熱順序進行預加熱，研究不同預加熱條件下試板4 條邊的平均受力情況，同時結合實際生產運用，確認最佳加熱溫度、加熱布局及加熱順序。通過優化車體側墻調平工序前工序（車體側墻噴丸工序及側墻板挖補截換工序）的工藝方法，提升鐵路客車車體檢修的工藝水平、檢修質量及檢修效率。

1 熱控形模擬實驗

1.1 實驗材料

該實驗選取的實驗材料為Q295 低合金高強鋼板材，實驗板材尺寸規格為570.0 mm×448.0 mm×2.5 mm。

1.2 實驗方法

1.2.1 加熱溫度

一般熱矯形的溫度為750℃左右，因此結合實際生產情況，在模擬過程中，分別設置650℃、750℃、850℃ 3 種溫度條件進行預加熱實驗，分析在不同加熱溫度下實驗板材各邊的平均受力情況，進而得出最佳加熱溫度。

1.2.2 加熱布局

首先模擬了常規加熱條件下的常規布局，火焰加熱斑點直徑取10 mm，相鄰加熱斑點間距為80 mm，然后在該布局的基礎上，選擇在加熱斑點之間的殘余應力薄弱的位置繼續加熱，得到新的菱形布局。

1.2.3 加熱順序

對于常規加熱布局及菱形加熱布局，實驗設置了從試件一端到另一端的加熱順序1，以及從中間向四周加熱的順序2，比較分析不同加熱順序對于實驗板材各邊預應力大小的影響，如圖1 所示。

圖1 實驗加熱布局及加熱方式

在模擬過程中，對每個加熱點加熱5 s，水冷3 s 使最高溫度降至140 ℃左右。全部加熱完后，自然冷卻600 s 至接近室溫，最后對每塊板的橫邊進行y軸方向的受力分析，豎邊進行x軸方向的受力分析，進而得出不同加熱溫度、不同加熱布局及不同加熱順序下實驗板材各邊的平均受力情況，為實際生產應用提供技術支持。

1.3 實驗結果

2 條豎邊AB、CD 所受的拉應力沿坐標方向整體趨勢相同，兩條橫邊BC、AD 所受的拉應力沿坐標方向整體趨勢也相同。表1～表4 為實驗試板在不同加熱條件下試板各邊所受拉應力的平均值。

表1 常規加熱順序試板豎邊平均拉應力

表2 菱形加熱順序試板豎邊平均拉應力

表3 常規加熱順序試板橫邊平均拉應力

表4 菱形加熱順序試板橫邊平均拉應力

從表1～表4 的實驗結果可以看出，加熱布局、加熱順序相同的情況下，溫度越高，4 條邊所受的拉應力越大，但是考慮到實際加熱過程中的經濟性以及高溫條件下材料的燒損，推薦加熱溫度為750℃；加熱布局及加熱溫度相同的情況下，順序2 相比順序1，應力水平在BC、AD 邊上表現出優越性，這2 條邊所受的拉應力更大，因此順序2 條件下進行加熱更好；加熱順序及加熱溫度相同時，菱形布局條件下試板所受的拉應力接近常規布局下的一倍，因此菱形布局優于常規布局。

綜上所述，實驗得出檢修車體側墻平面度調平最優加熱方案為：750℃加熱溫度、菱形加熱布局、從中間向四周加熱（順序2）。

2 生產應用

在實際生產過程中，結合上述熱控形模擬實驗結果，檢修車體側墻調平時采用750℃加熱溫度、菱形加熱布局、從中間向四周加熱的加熱方式進行加熱調平，如圖2 所示。經實際生產驗證，采用該加熱方式，車體側墻調平效果顯著，調平效率也得到大幅提升，調修后車體側墻平面度均在工藝要求范圍內，滿足《鐵路客車廠修規程》（試行）的檢修質量要求。

3 車體側墻調平前工序工藝優化

3.1 噴丸工藝優化

《鐵路客車廠修規程》（試行）要求清除車體內、外部外露部分銹垢及狀態不良的涂層[1]。對待檢修的車體進行噴丸處理，可以有效地除去車體表面的銹垢，保證檢修質量，但噴丸過程會對車體側墻薄弱部位造成變形，影響車體側墻平面度，因此提出對車體噴丸工序進行工藝優化。優化后的噴丸工藝嚴格控制噴射角度（不超過45°）、噴槍槍嘴與車體的垂直距離（400 mm～600 mm）及恰當的丸料配比（鋼絲丸∶鑄鋼丸為1 ∶2），通過工藝優化，可以有效避免車體因噴丸造成的車體變形，大大降低了后工序車體墻板調平工序的調平難度及調平時間，進而提升了車體檢修質量及檢修效率。

圖2 車體檢修車體側墻調修應用

3.2 車體側墻切割工藝優化

《鐵路客車廠修規程》（試行）要求車體檢修時鋼結構各梁及側墻立柱、蓋板銹蝕深度超過原形厚度的30%時，需焊修、挖補、截換或更新[1]，因此，檢修車輛在車體調平工序前，須對車體腐蝕超標的鋼結構各梁及側墻立柱、蓋板進行挖補或截換。車體檢修挖補、截換工序工藝優化前，采用火焰切割進行挖補、截換，由于火焰切割時火焰切割熱輸入量較大，極易造成切割部位及其周邊部位發生變形，為避免該現象的發生，對車體側墻板切割工藝進行優化，采用等離子切割替代火焰切割，降低切割熱輸入量，減少側墻板變形，進而提升車體檢修質量及檢修效率。

4 結論

通過熱控形模擬實驗，同時結合實際生產應用得出，車體側墻調平時，加熱溫度750℃為最佳加熱溫度，加熱方式采用菱形加熱布局，從中間向四周加熱的加熱順序為最佳加熱方式，加熱調平效果最優；通過對車體檢修拋丸工藝優化并經實際生產驗證得出，檢修車體噴丸時，噴射角度不超過45°、噴槍槍嘴與車體的垂直距離在400 mm～600 mm、丸料配比鋼絲丸：鑄鋼丸為1 ∶2 時，噴丸效果最佳，可有效避免因噴丸造成的車體變形，進而為后工序車體調平降低調平難度，提升車體調平質量及調平效率；采用等離子切割替代火焰切割，可有效降低切割熱輸入量，減少側墻板變形，進而提升車體檢修質量及檢修效率。