STX4型馱背多功能運輸車側梁組成變形及撓度控制

鄭國慶，董建峰，孫 浩，劉向楠

(中車山東機車車輛有限公司，山東 濟南 250022)

鐵路馱背運輸是多式聯運和“門到門”運輸的重要組織形式，兼具經濟節能、綠色環保、安全可靠等特點，可實現鐵路和公路貨物運輸的“無縫”銜接，運輸效率高，對降低物流成本、減少能源消耗及環境污染等具有重要意義。STX4型馱背運輸車側梁組成是車體的主要承載部分，其變形和撓度直接影響到整車的外形尺寸、承載面平面度和高度的控制，所以，控制側梁組成的變形及撓度對保證馱背運輸車整車的制造質量至關重要。本文將分析STX4型馱背多功能運輸車側梁組成在生產過程中出現變形、下撓、側撓等問題的原因，并提出焊接工藝優化方案。

1 側梁組成結構及主要焊縫

側梁組成為上蓋板、側梁、加強梁、連接板、加強板、補強板等組焊而成的魚腹形板柱式結構(圖1)，全長約16 m。側梁組成的主要焊縫有：單根側梁由5段板材對接拼焊而成，有4條對接焊縫；側梁與加強梁中部的縱向長大角焊縫；上蓋板與加強梁間的縱向長焊縫；加強板與加強梁上翼緣間的縱向長焊縫；連接板與2根側梁間的角焊縫。

圖1 側梁組成三維圖

2 側梁組成在生產過程中易出現的問題

側梁組成在生產過程中極易出現焊接變形問題，主要表現在：

(1) 單根側梁拼接后扭曲變形、側撓。

(2) 側梁與加強梁間的連接為單側長大焊縫，焊接不當容易造成側梁下翼緣變形外脹。

(3) 側梁上撓要求控制在8～18 mm，但實際生產中焊縫位置均偏向上部，易出現撓度達不到要求甚至下撓的情況。在試制的時候由于撓度只有-2～10 mm，需增加后續矯正工序，降低了產品質量和生產效率。

(4) 連接板與2根側梁連接后，側梁組成對角線長度、中部寬度達不到要求，需增加烤調工序。

3 原因分析

3.1 結構因素

(1) 側梁主體為板材折彎成型的L形結構(圖2)，上蓋板、加強梁在側梁的外側，整體是一個偏心結構，這種結構在組焊、吊運及存放過程中極易變形。

圖2 側梁截面示意圖

(2) 側梁整體較長，由于裝備條件限制，需設置為5段拼接結構(圖3)，焊接量較大。

圖3 側梁拼接示意圖

(3) 側梁中部有2個缺口，容易造成缺口處下撓。

(4) 側梁僅靠兩端的連接板連接，中部無有效的支撐，易出現中部內曲的情況，使車體寬度變小。

3.2 焊接因素

側梁主要焊縫的焊腳都在10 mm以上，且集中在側梁的一側，在組焊過程中即使嚴格按相關工藝參數執行也無法使焊接應力得到合理的釋放，再加上結構因素的影響，導致焊接變形過大而出現扭曲、撓度不滿足要求的問題。

4 控制側梁組成變形及撓度的措施

針對上述原因分析，要想有效地控制側梁組成的變形和撓度，應該從結構和焊接兩方面入手。

4.1 配置相應裝備控制側梁結構對變形的影響

(1) 配置單根側梁組對胎(圖4)。通過單根側梁組對胎控制側梁上撓不小于12 mm。組對時設置預撓，在適當位置設置壓緊裝置，中部缺口處設工藝撐杠，以保證組對精度。在側梁兩端各增設3處工藝筋板以減少焊接變形。

圖4 單根側梁組對胎

(2) 配置單根側梁調修胎。在組焊后對側梁的扭曲變形、側撓進行調修，保證側梁的直線度不大于5 mm。

(3) 配置底架組對胎(圖5)。用底架組對胎對側梁組成進行組對，通過底架組對胎的定位壓緊裝置提高側梁組成的組裝精度。在中部加強梁的適當位置設置4根工藝撐杠，并將缺口處的車體寬度撐至要求寬度的上限再加30 mm，保證在焊接完成拆除撐杠后車體寬度能回收至要求的范圍內；在側梁中部下翼緣的適當位置設置3根工藝拉杠，將兩側梁下翼緣的寬度拉至要求寬度的下限再減20 mm，保證在焊接完成拆除拉杠后下翼緣的寬度能回到要求的范圍內。

圖5 底架組對胎

(4) 側梁缺口處需組焊鎖座，為保證鎖座的強度還設置了補強板，因此焊接量很大，這種情況下直接焊接容易造成缺口處內收，使側梁的撓度變小。為此，組焊鎖座時在兩側增加頂起裝置，以保證焊接完成后側梁的撓度不會變化。

4.2 焊接工藝優化方案

(1) 由于側梁與加強梁間為單側長大焊縫，此焊縫在單根側梁組焊時控制難度很大，容易造成側梁下

翼緣變形外脹。為此，將此焊縫的焊接操作調整至底架翻轉焊接工序。因為在之前的底架組對工序中已經設置了側梁下翼緣工藝拉杠，此時進行焊接可以有效減少此焊縫對下翼緣變形的影響，同時，在底架翻轉焊接工序焊接時可將此焊縫轉至平焊位置，更有利于提高焊接質量。

(2) 將底架附屬件的組裝由底架附屬件組焊工序調整至車體翻轉焊接工序。在底架翻轉向下時進行劃線組裝，既便于組裝操作，又增加了底架翻轉向下的時間，可利用車體自重使側梁組成的撓度趨向于變大。

(3) 由于加強板在側梁中部且焊縫較長，容易使側梁撓度變小。因此，焊接時在側梁中部增加頂起裝置，并將此焊縫的焊接順序和焊接方向進行適當調整，以減少對側梁撓度的影響。

5 結束語

STX4型馱背多功能運輸車側梁組成的結構與傳統車型有著較大差異，工藝控制難度較大，通過實施上述措施，有效提高了側梁組成的成型質量和生產效率，保證了整車的制造質量，也為今后生產類似結構的車型積累了經驗，并提供了參考依據。