标准动车组底架端部平面度工艺控制的方法

标准动车组底架端部平面度工艺控制的方法

曹江毓  王一宁

中车大连机车车辆有限公司        辽宁大连            116022

摘要：由于国家的快速发展，国内外对动车的需求量都非常大，正是由于这种强大的需要，所以更加需要确保环保低碳、节能、轻量化、高品质和安全。高速列车在经历了十多年的发展之后，正朝着轻量化、高强度、高耐腐蚀性和良好韧性的铝合金方向发展。然而，在研制的新一代动车车辆底盘结构中，存在着部分焊缝变形大，装配尺寸不易控制等问题。本文对一种新型动车组底盘的主体结构进行了详细的阐述，从底盘的关键尺寸和焊缝的变形情况出发，对底盘的制造工艺和重要控制尺寸进行了较为详细的研究，并对其焊接变形进行了控制。采用焊接仿真、现场组装和焊接控制等方法，对底部平面度进行控制，并通过对焊接过程中出现的焊接变形进行控制，最终实现对底盘焊接平面度有效控制。

关键词：动车组；铝合金车体底架；焊接变形

1.底架结构的介绍以及变形的分析

标准动车组的铝合金车身底部与CRH3和CRH5的底部有很大的区别，其前部的结构也有很大的区别，其中一种新型的动车组的末端缓冲梁是在底盘的底部，采用了角钢或者是对焊的方式，它包括了薄板厚板的焊接，而CHR3、CRH5型动车组的前部上部则是与地面的一个部件，它的前部和侧面用角钢或者是对焊的方式相结合，并没有涉及薄板厚板的焊接。此外，一种新型的动车组的底板和侧边板的连接采用的是插入式的，能够实现自动化的焊接，而CRH3和CRH5的底板和侧边板是重叠的，无法实现自动化的焊接。尽管新一代的动车组与CRH3和CRH5型的车身底盘的构造是不一样的，但是底盘的制作尺寸对车辆的行车安全性有很大的影响，所以在底盘宽度、地板平面度、边梁平行度、车钩中心孔至边梁的尺寸、车钩面板的垂直度等方面都有很高的要求，确保了汽车的品质。

2.底架焊接平面度控制

2.1底架宽度尺寸控制

新研制的动车车厢宽度发生改变，是由于底板之间4个4 V接头和底板与边梁之间的5个4 V接头，而在4个4 V接头的中部和外侧4个4 V接头处，横向收缩最大。在制作过程中，两边边框从一位端到二位端之间各间隔1500毫米设置一道限制，使其能够保持平整，所以在横向上的加工余量是3到4 mm，但是，因为底部底板端处必须焊上一端的缓冲梁，所以在两端的中部要增加2 mm的处理量来弥补这一点。

在此基础上，利用sysweld有限元仿真技术，对焊接接头的焊接收缩、变形和应力状态进行仿真，并对焊接后接头的收缩和基体变形情况进行分析。4 V焊后，各4 V焊缝的最大位移为1.1 mm，但大部分的变形都在0.5~0.6 mm之间，而底盘边梁和地角焊后也有一个收缩量，应给予1 mm的补偿，多条焊缝的收缩重叠后，与工作试样的水平收缩量差不多，所以形成中间区域宽度方向工艺放量为3~4 mm，两端宽度方向工艺放量为4~5 mm满足焊接横向收缩变形。

2.2底架边梁平行度及地板平面度控制

底盘侧板的平行度和侧弯，主要是通过组焊模具来确保。为保证底盘侧板不发生倾斜和侧弯变形，在侧板插入模具后，需在水平方向上采用压板法将侧板与定位参考紧密结合。地面侧梁正装的焊接，在边梁的四个方向上都有限制，而对侧梁的三个方向，则是用压力来进行限制，所以边梁的自由度是可以被控制的，不会有任何的变形。另外，由于焊接工装的定位基准平面度要小于0.5 mm，所以可以对边梁平面度、旁弯变形进行更好的控制。在底盘上焊接端缓冲梁时，两端缓冲梁和边梁之间有大量的焊缝，为避免侧板侧向变形，采用短支撑和垂直侧板压卡，从而提高了纵梁的刚度，同时也限制了它的自由度，使得它不会因为焊接收缩而变形。

地板平面度的控制，首先是地板和边梁焊接时，整个地板的平整度，当地板焊接时，地板和边梁之间的分段焊接会对地板的水平方向形成一种约束作用，导致地板焊接后会出现很大的内应力，导致地板焊接时出现焊接变形，其质量的好坏，将会对底盘的交付效果有很大的影响，所以需要对其进行严格的控制。另外一种原因是楼板端缓冲梁焊在底板上导致了底部楼板的平整度超差，其原因是底板与楼板之间有大量的焊缝，并且这些焊缝都在底板反向安装的末端部位，再加上楼板的厚度很小，使得其在焊接时的焊接热量很大，而且焊接的能量也比较集中，所以在这种情况下，在这种比较薄弱的楼板上，会把焊接的应力释放出来，这样就可以使整个零件保持一个比较均衡的状态。

2.3底架车钩变形控制

底盘上的挂钩的变形，可以分成三个部分来进行：一是对挂钩板的竖直方向进行调整，二是从中间孔到边缘梁的位置。底盘工艺对钩板的竖直程度的要求是0.3 mm，它的质量对车辆的行车安全性有很大的作用，如果车钩出现了明显的前后倾斜，很可能会导致车辆在行驶中出现出轨的危险。所以，在底盘加工过程中，需要对车钩面板的竖直程度进行严格的控制，以避免因为末端缓冲梁和地面的焊接而导致的车钩板的弯曲。车钩中心孔与侧边板

之间的距离也是很关键的，一般允许误差在3毫米以内，它的大小精度将会对车身落车及转向架的装配产生很大的影响，因此必须对其进行严格控制。为减小因焊接末端缓冲梁的残留应力引起的车钩板的变形，在末端缓冲梁组焊过程中，采用如下技术手段：（1）采用先内后外的方式，通过先内后外的方式来减轻局部的焊接应力，减轻其产生的残余应力；同时，采用分段退焊法，使焊接的应力得到最大程度地释放，并能对焊接后的变形进行有效的控制，并减少调整的工作量。（2）在车辆的纵向上，从中央到末端，逐步预埋16 mm的逆变形，不仅能有效地克服底盘顶部因仰起而引起的吊杆板的竖直偏差，还能消除吊杆板中间孔至边梁之间的偏差。（3）在组装过程中，为了减少焊缝充填量，减小焊缝的收缩，使末端缓冲梁与底板、边柱之间的角焊缝尽可能地紧密，没有缝隙。

结束语：

综上所述，首先对动车用铝合金车身底盘的构造进行了简单地介绍，然后对底盘发生变形的成因进行了详细的阐述，并提出了相应的防治方法，以避免这类问题的发生，从而减少了故障的发生，提升了产品的质量。对新型动车组车辆底盘的焊接变形进行了详细地研究，并对底盘的主体构造和生产技术进行了详细的分析。通过建立一套科学、高效的焊接模具，掌握焊接工作试样的初始变形规律，采用焊接前预先确定合适的逆变形和焊接顺序，施加适量的焊接量，以及对焊接部位进行焊接次数等工艺手段，从而实现对底盘焊接变形的控制，确保动车组底盘的制造质量。

参考文献

[1]李政委.标准动车组底架端部平面度工艺控制的研究[J],2021(08):86-88.

[2]谭伟,李彬,何春虎.浅析解决HXD1C六轴电力机车底架端部平面度超差的方法[J].  2020(07):254-256..

[3]王超，邓海，王利忠，等.一种动车组底架端部结构2020(06):336-337.