鐵路貨車牽引梁裝焊夾具設計及應用

姜建召， 白凌云， 王靈艷， 龐建新， 吉志強， 程艷清

（包頭北方創業有限責任公司，內蒙古 包頭014032）

0 引 言

鐵路貨車牽引梁生產過程的必備工裝包括裝配夾具和翻轉裝置，裝配夾具用于牽引梁零部件的裝配定位，主要用于保證牽引梁腹板間距等關鍵尺寸；翻轉裝置用于牽引梁的翻轉焊接，最大程度地使牽引梁焊縫翻轉至平位置施焊，保證焊接質量。一般生產過程裝配夾具和翻轉裝置分別配置，在裝配夾具上完成牽引梁的組裝，然后將牽引梁轉運至翻轉裝置，使用翻轉裝置進行牽引梁的焊接。

為了減少牽引梁的轉運作業、提高生產效率，本項目完成了牽引梁裝焊夾具的設計，在同一工裝上實現了牽引梁零部件的裝配定位和翻轉焊接。

1 鐵路貨車牽引梁結構分析

1.1 鐵路貨車牽引梁主要結構

鐵路貨車牽引梁組成一般由前從板座、后從板座、心盤隔板組焊件，牽引梁腹板及牽引梁下蓋板組成，典型結構如圖1所示。

圖1 鐵路貨車牽引梁結構示意圖

1.2 牽引梁關鍵技術要求及制造難點

牽引梁內腔尺寸為(350±2) mm；牽引梁下蓋板組焊后平面度≤2 mm；牽引梁腹板與下蓋板焊接質量需經磁粉或著色探傷并符合相關標準規定。

2 鐵路貨車牽引梁生產工藝及存在問題分析

2.1 組裝工藝分析

為保證牽引梁組裝過程心盤座組焊件能順利壓入牽引梁內腔，牽引梁內腔尺寸（即兩件牽引梁腹板的橫向間距）應按350+20 mm進行控制，必要時制作等同于心盤座尺寸的整體工藝心盤座（寬度350 mm）裝入牽引梁內腔，壓緊牽引梁腹板，待定位焊后取出工藝心盤座[1]。

牽引梁下蓋板縱向尺寸較大，組焊后下蓋板整體平面度保證難度高。為滿足設計要求，需要保證組裝過程裝配夾具定位面的平面度，同時需要注意在組裝過程中牽引梁下蓋板與裝配夾具定位面的緊密貼合。

2.2 焊接工藝分析

牽引梁組成的各焊縫采用半自動化混合氣體保護焊工藝施焊，牽引梁腹板與牽引梁下蓋板的焊縫焊接質量要求高，生產過程需要將該位置焊縫翻轉至平位置（船形位置）施焊，應避免平角焊。

2.3 存在問題分析

傳統的生產過程，是在裝配夾具工裝上完成牽引梁組成的組裝，然后通過吊運的方式將組裝合格的牽引梁轉運至焊接工位進行翻轉焊接。焊接作業如圖2所示。

圖2 牽引梁焊接示意圖

傳統的焊接過程，需將焊接工裝的一側吊起一定高度，放置穩固后進行牽引梁腹板1與牽引梁下蓋板的焊接（如圖2左側）；然后將焊接工裝的另一側吊起一定高度，放置穩固后進行牽引梁腹板2與牽引梁下蓋板的焊接。生產過程采用該方式作業，既影響生產效率，也存在一定的安全隱患，生產過程不精益、不經濟，不符合現代企業精益化生產的發展理念。

為了解決牽引梁生產過程存在的上述問題，筆者設計了兼具裝配定位和翻轉焊接功能的鐵路貨車牽引梁裝焊夾具。

3 牽引梁裝焊夾具基本結構

牽引梁裝焊夾具兼具裝配夾具和翻轉裝置的組裝及翻轉焊接功能，包括裝夾單元、平臺作業單元、翻轉支撐單元，如圖3所示。

圖3 牽引梁裝焊夾具結構示意圖

3.1 裝夾單元設計結構及特點

裝夾單元主要由裝配及定位裝置組成，用于牽引梁組裝時的定位和夾緊，根據牽引梁的結構形式變化可以進行調整。以筆者設計的工裝為例，裝夾單元主要包括牽引梁腹板定位裝置和牽引梁腹板頂緊裝置。牽引梁腹板定位裝置用來定位兩側的牽引梁腹板，確保端面平齊和橫向間距；牽引梁腹板頂緊裝置用于牽引梁腹板組裝過程頂緊，用來消除組裝間隙，如圖4所示。

3.2 平臺作業單元設計結構及特點

平臺作業單元主要由作業平臺和翻轉裝置組成，用于牽引梁的組裝作業，通過翻轉裝置與翻轉支撐單元連接。牽引梁焊接時依靠翻轉裝置實現翻轉，如圖5所示。

平臺作業單元設計時，要計算牽引梁重心、平臺作業單元重心，計算公式如下[2]：

式中：x0、y0、z0為牽引梁及平臺作業單元組合體在x、y、z軸上的重心坐標，mm；xt、yt、zt為牽引梁及平臺作業單元各零件在x、y、z軸上的重心坐標，mm；W為牽引梁及平臺作業單元組合體的總質量，kg；Wt為牽引梁及平臺作業單元各零件的單體質量，kg。

圖4 裝夾單元結構示意圖

圖5 平臺作業單元結構示意圖

將牽引梁及平臺作業單元各零件質量及設計幾何坐標代入上式，求解得出的“牽引梁及平臺作業單元組合體在x、y、z軸上的重心坐標”應與圖5中的翻轉軸4（數量為2）在x、y、z軸上的重心坐標重合，使翻轉過程的轉矩值降至最小，便于人力操作扶手實現平臺作業單元的翻轉。

3.3 翻轉支撐單元設計結構及特點

翻轉支撐單元由兩套組焊式鋼結構件組成，用于對平臺作業單元進行支撐及平臺作業單元翻轉后的固定，翻轉支撐單元的定位板與平臺作業單元的翻轉板通過不同的定位孔進行配合定位，可實現±30°、±45°、±60°、±90°等多角度翻轉，實現牽引梁焊縫的平位置焊接，翻轉支撐單元示意圖如圖6所示。

圖6 翻轉支撐單元結構示意圖

4 使用方法

裝夾單元與平臺作業單元的作業平臺組焊連接。平臺作業單元與翻轉支撐單元裝配連接，通過平臺作業單元翻轉板與翻轉支撐單元定位板上開設的不同圓孔進行配合及定位銷軸的定位，實現平臺作業單元的翻轉作業，作業示意圖如圖7、圖8所示。

圖7 水平位置示意

圖8 ±45°翻轉示意

5 結 語

該牽引梁裝焊夾具工裝在筆者所在公司研制的兩種類型的牽引梁上進行了應用，工裝兼具牽引梁零件的裝夾定位和焊接翻轉功能，應用效果良好，對提升牽引梁裝焊生產效率、提升作業過程本質安全性、提升企業精益化生產水平有很大的積極意義，滿足了牽引梁組成的精益化生產需要。該工裝的設計方案已獲得了專利授權。圖9所示為生產應用實況。

圖9 裝焊夾具生產應用實況