时速120km/h客车转向架构架制造技术

时速120km/h客车转向架构架制造技术

姜斌，刘国田，张乙宙

 中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035

摘要：构架作为转向架的骨架部分，用于安装转向架各部件，是承受及传递垂向力、水平力的重要关键部件。本文以120km/h宽轨客车转向架H型构架为研究对象，分析了构架的基本结构特点，给出了侧梁组成、构架组成的制造工艺流程，并对其工艺难点进行了具体分析。针对工艺难点以及实际生产中易出现的工艺问题，给出了具体的解决方案。结果表明：提出构架中各部件的解决方案，有效的控制焊接变形，提升制造精度，并为相似车型构架制造工艺的策划及对典型生产工艺问题的分析解决提供了有益的经验参考。

关键词：客车转向架；构架；制造工艺

中图分类号：U270.331   文献标志码：B

1 前言

近年来，中亚、南亚、南美等宽轨铁路国家为解决人口密度大、基础设施落后、严重不足的交通运输能力阻碍了其经济的发展等问题。加大了基础设施的投入和减少，普遍通过与世界知名铁路建设公司合作，采购国际知名的轨道交通装备供应商的产品来谋求发展，且公司也在加大海外市场的投入。为保证公司在宽轨车辆的海外市场竞争力，制造一款适合东南亚地区运行环境和运行条件的宽轨客车转向架，为批量订单项目做好技术储备，提升市场竞争力。

基于时速120km/h客车项目，对业主指定的MD523-BG型转向架，进行工厂化转化和工程化设计，中车唐山公司对MD523-BG型转向架进行深度解析，进行工艺方案设计并通过试制来检验并优化工程图纸和工艺方案，为120km/h客车项目积累经验，打好基础，高质高效的完成订单交付。

本文以120km/h客车转向架构架为研究对象，分析其构架及侧梁等重要组件的基本结构及工艺特性，在此基础上分析了构架组成、侧梁组成的制造工艺难点，给出了构架各组成部分的制造工艺流程；同时，针对构架制造过程中的工艺难点，以及在实际生产中出现的工艺问题，给出了具体解决方案。

2 构架及其主要组件的基本结构

2.1 构架组件的基本结构

本文研究的客车宽轨转向架构架采用典型的H型焊接结构形式，构架所用钢板执行EN10025-2的要求。此种钢板碳当量小于0.45%，焊接性能优良。钢板以正火轧制状态交货，其力学性能和弯曲性能良好，已在出口车等项目上大量应用，完全满足使用要求。具体结构如图1所示。

图1 宽轨客车构架组件结构示意图

构架组成主要包括：侧梁组成、横梁组成、制动吊座、拉板定位座底板，拉板定位座齿板等部件，与典型的地铁以及普通构架有所不同的是：其一，横梁采用箱体结构，且横梁与侧梁的连接采用插接和对接形式相结合，将横梁、侧梁以焊接的形式连接为一体。其二，构架与轴箱连接形式不同，与常规焊接在构架上的转臂定位座相比，此宽轨客车构架采用拉板定位座齿板与轴箱端处的齿板相连接方式进行组装（“双拉板组装”）。因此，对拉板定位座底板平面度以及相对轴簧座筒的垂向精度要求非常高。

2.2 侧梁组件的基本结构

本文研究的构架侧梁结构，为典型的箱体形式。侧梁的上、下盖板与立板以“拼焊”形式连为一体，内部附有筋板，起支撑、加强、力的传递作用，下盖板为折弯成型工件。侧梁组件的结构如图2所示。

图2 侧梁组件结构示意图

与传统的地铁车辆转向架的侧梁结构相比，此构架侧梁内腔不作为气室使用，降低焊接难度，但对上盖板平面度、弯曲、扭曲量的精度要求较高，否则影响后续构架组焊。

2.3 横梁组件的基本结构

本文研究的构架横梁结构，亦为箱体形式，其基本结构与侧梁组件类似，但此结构焊接后扭曲变形量小，且易调修，具有良好的结构工艺性，横梁组件的结构如图所示。

图3 横梁组件结构示意图

3 构架主要组件工艺难点分析

3.1 侧梁组焊工艺难点分析

由上所述，侧梁为上、下盖板与立板、筋板拼接的箱型形式，侧梁组焊工艺流程如图4所示。

图4 侧梁组焊工艺流程

侧梁上、下盖板与内、外立板之间采用机械手焊接方式，立板与上、下盖板外侧焊缝形式为角焊缝，立板与下盖板内侧焊缝形式为角焊缝。焊接填充量大，尤其在下盖板中部折弯角度较大且立板宽度较小的区域，且中部位置焊接工件，易发生较大的焊接变形。实际的焊接变形情况如图所示，图中侧梁中部区域将向箭头标注方向弯曲。

由于侧梁为箱型结构，刚性很大，焊后采用冷压方式调修的效果并不理想，但过度热调修引起母体材质内部组织结构发生变化，影响工件整体性能，因此针对此结构，不宜大量采用热调修方式。

且在侧梁组成生产过程中，侧梁组成中部的摇枕吊座内腔焊缝序号22、序号78焊接可达性差，无法进行焊接，如图5所示。

图5 侧梁焊缝序号示意图

因此，预防和控制侧梁焊接变形量，以及焊接空间不足，是侧梁组焊工艺的两个难点。

3.2 构架组焊工艺难点分析

由上所述，构架采用横梁与侧梁插接和对接形式相结合，形成H型构架，其工艺流程如图6所示。

图6 构架组焊工艺流程

从工艺流程中可以看出，横、侧梁连接是后续构架其它部件组装的基础，尤为重要，构架一次组焊对两侧梁横向中心距的位置要求较高，对称度要求在2mm以内，尺寸公差要求在±3mm以内。

根据设计图纸要求，拉板定位座底板作为高度基准，且焊后不加工，其平面度精度要求4处共面，且≤1mm，由于其位置范围大，分布在构架各四角位置，极难保证尺寸。

因此，如何预防两侧梁中心横向间距以及拉板定位座的形位尺寸，满足后续构架加工和拉板定位座齿板组装精度要求，是构架组焊过程中的工艺难点。

4 构架组件工艺问题的解决方案

4.1 侧梁组焊工艺问题解决方案

针对侧梁焊接后中部变形的工艺问题，将侧梁从中心分为两部分，具体如图7所示。

图7 侧梁焊接变形示意图

实际的变形为中间区域向内（如图7所示），但由于中间部位在侧梁长焊缝焊接完成后，首先会发生一次焊接收缩变形，当焊接中间部件（摇枕吊座筋板、纵向挡座组成），会再次发生焊接变形，为减少侧梁焊接变形量。具体实施方案为：

1）将中间区域（摇枕吊座筋板）进行焊接，交叉对称焊接。

2）将中间区域（纵向挡座组成）焊接部件挪至构架中进行组焊，此步骤既减小了侧梁焊接变形，又抵消了构架中组焊横向挡座的焊接变形。

针对侧梁中部的摇枕吊座焊接空间不足问题，具体实施方案：

1）优化组焊顺序，首先将外立板左、外立板右组装到侧梁组成—焊接序号15、22、59（焊接接头留在焊缝序号59中间，不得留在夹角位置）焊缝以及焊接序号76、78、55（焊接接头留在焊缝序号55中间，不得留在夹角位置）焊缝—打磨清理、交检焊缝，如图8所示。

图8 摇枕吊座焊缝序号示意图

2）组装摇枕吊座内腔筋板—焊接序号72、73、74、79、81、90焊缝，而后使用专门改造的焊枪（如图9所示），对无法焊接到的内腔筋板与外立板左、外立板右之间的序号80焊缝进行焊接，从而满足图纸焊接要求。

图9 改造焊枪示意图

4.2 构架组焊工艺问题解决方案

由上所述，拉板定位座底板若组装精度不高，则后续焊接更不易保证尺寸，因此确保拉板定位座底板4处共面的平面度1mm的精度要求，具体实施方案：

1）将拉板定位座挪至构架三次组装（焊接最后一次组焊）；

2）对拉板定位座做小龙门工装和工艺支撑；

3）在上道工序调修完成后，对拉板定位座的组装高度尺寸进行划线，并进行点固，点固完成后利用关节臂进行平面度检测，检测完成后，若高度尺寸不合格，则利用工装中的螺栓进行微调，再利用三维划线仪进行检测，确保4处平面度在1mm以内；

4）为防止焊后变形，对拉板定位座端头区域（即拉板定位座齿板区域）进行微调，调整高度略高于其余区域0.3mm（0，+0.2mm），并调整焊接顺序，如图10所示。

图10 实际组装及焊序示意图

5 结语

本文介绍了120km/h宽轨客车转向架构架及其重要组件的基本结构，给出了构架制造工艺流程，对制造过程中的工艺难点进行了具体分析，并针对具体工艺问题给出了解决方案。通过生产实践证明了该工艺方案的有效性。同时，为相似车型构架制造工艺的制定及对典型生产工艺问题的分析解决提供了有益的经验和借鉴。

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