城際動(dòng)車組鋁合金車體關(guān)鍵尺寸控制工藝

張明偉，孫學(xué)亮，孫宏海

1. 車體結(jié)構(gòu)

新型城際動(dòng)車組最高時(shí)速140km，由1輛中間車和2輛帶駕駛室的頭車組成共3輛車的編組，采用2M+1T配置，其編組如圖1所示。

車體采用鋁合金車體，其具有重量輕、耐腐蝕、壽命長、外觀平整度好及易于制造美觀車體等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能提供良好氣密性，隔聲、降噪，為乘客提供舒適的車內(nèi)環(huán)境，節(jié)省能源。

車體作為動(dòng)車組列車的關(guān)鍵承載部件，是一個(gè)封閉的焊接箱形結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過程中會(huì)受到各種力的作用，起到了保護(hù)乘客安全作用的同時(shí)，也為乘客提供寬闊、舒適的旅行空間。車體由底架、側(cè)墻組成、車頂和端墻等鋁合金材質(zhì)的大部件組成，如圖2所示。

2. 車體組成關(guān)鍵尺寸

車體組成的關(guān)鍵尺寸為車體長度、箱體斷面尺寸和撓度值等，箱體斷面尺寸包括寬度、高度和對角線差值，這些尺寸直接決定了車體的內(nèi)部空間大小、運(yùn)行安全和車體的使用壽命等，具體尺寸如附表所示。

圖1 編組示意

圖2 車體結(jié)構(gòu)

3. 關(guān)鍵尺寸控制工藝

（1）車體長度尺寸控制工藝 車體是由底架、側(cè)墻、車頂和端墻裝配焊接后形成，其長度取決于底架、側(cè)墻和車頂長度，所以其三大部件的長度就相當(dāng)關(guān)鍵。車體長度尺寸控制是通過在大部件上進(jìn)行工藝放量手段來實(shí)現(xiàn)，分析總結(jié)長度公差和考慮焊接會(huì)造成長度方向上收縮，將底架邊梁和地板加長6mm，保證底架組焊完成后的長度為+6mm；將邊頂和圓頂加長5～6mm，保證車頂組焊完成后長度+5mm；側(cè)墻為分塊側(cè)墻，單側(cè)3 個(gè)門口，考慮到側(cè)門口尺寸要求均為正差，所以側(cè)墻的長度放量只將一二位端的小側(cè)墻加長2mm，其余分塊側(cè)墻不放量。這樣放量分布可保證三大部件長度上的匹配，保證車體形成后的最終長度尺寸滿足公差要求。經(jīng)過多種車型鋁合金車體制造的經(jīng)驗(yàn)累計(jì)，將各大部件的放量等于車體長度的上公差值，形成車體后長度可滿足要求。

（2）箱體斷面尺寸控制工藝 車體制造難點(diǎn)即在箱體尺寸的控制上，因?yàn)槠淅塾?jì)了各大部件公差，制造階段保證尺寸關(guān)聯(lián)性較大，且車體組成后調(diào)修困難。箱體的斷面尺寸由底架、側(cè)墻和車頂三部分拼焊而成，內(nèi)外共8道焊縫，為保證其焊接完成后車體的寬度、高度和對角線尺寸，在預(yù)制反變形、組裝和焊接的各個(gè)階段都需要控制不同的參數(shù)。

車體高度主要取決于側(cè)墻高度，且還受車體撓度和側(cè)墻撓度匹配度的影響，如側(cè)墻沒有撓度，需通過在側(cè)墻上修磨出撓度的方法來保證裝配質(zhì)量，這樣就會(huì)降低車體的高度，所以側(cè)墻的高度尺寸需控制在理論值（+3mm，+6mm）的范圍才能保證撓度修磨的需要。車體的寬度尺寸是在保證各大部件符合公差要求的前提下，通過焊接過程中預(yù)制反變形來保證的。

城際動(dòng)車車體的焊接順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)，先下后上。焊接車體外側(cè)焊縫會(huì)使車體在寬度方向上變大，所以車體內(nèi)部的支撐主要由高支撐起作用，可以不必支撐寬度支撐，通過圖3的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折線圖得出了在裝配階段尺寸高度的組裝尺寸為理論值（+2mm，+4mm）。

焊接完成外側(cè)焊縫后需撤掉所有支撐對箱體斷面尺寸進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測數(shù)值調(diào)整箱體的寬度的預(yù)制反變形量，相應(yīng)寬度值越小反變形量越大。焊接內(nèi)側(cè)焊縫會(huì)對車體寬度收縮較大，根據(jù)圖4的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折線圖，使用寬度支撐調(diào)整寬度方向的反變形量到理論值+14mm~+18mm。由于寬度支撐量的加大會(huì)使內(nèi)高降低，所以高度的反變形調(diào)整為理論數(shù)值+10mm左右，重新調(diào)整斜支撐，保證對角線尺寸。因蓋面焊對車體尺寸影響較小，所以待內(nèi)側(cè)焊縫的打底焊接完全冷卻后可以撤除內(nèi)部的所有支撐，便于焊接操作，提高生產(chǎn)效率（見圖5）。

待所有焊縫冷卻至室溫，就形成了最終箱體斷面尺寸，最后可通過局部的機(jī)械調(diào)修或火焰調(diào)修來實(shí)現(xiàn)寬度和高度的最優(yōu)比。

車體關(guān)鍵尺寸 （mm）

圖3 高度尺寸折線

圖4 寬度尺寸折線

圖5 車體箱體尺寸控制

圖6 撓度尺寸控制

（3）車體撓度控制工藝 城際動(dòng)車組車體撓度要求為7 ～13mm，是通過焊前在底架上預(yù)制一定的反變形來保證的。依據(jù)其他種類鋁合金車體制造經(jīng)驗(yàn)，在車體組成工裝上預(yù)制一個(gè)合理的反變形（a=13mm），利用水準(zhǔn)儀精確測量各支撐面的高度差值，在每個(gè)對稱的門口處增加橫梁下拉裝置（見圖6），保證底架邊梁下面和定位支撐塊密貼。車體撓度的尺寸應(yīng)盡量控制在中差，不可過大也不可過小，過大會(huì)由于下拉值過大，影響車體的高度，過小會(huì)使在滿載情況下，車體中部下垂量大，縮短車體的壽命。

車體撓度控制不僅是要控制底架下拉的撓度，還要控制側(cè)墻的撓度值，以保證在底架下拉狀態(tài)下，側(cè)墻和底架間裝配出均勻的間隙，從而保證焊縫質(zhì)量。側(cè)墻撓度值需要在側(cè)墻組焊時(shí)通過工裝上預(yù)制反變形來實(shí)現(xiàn)，車體組裝階段在窗口處設(shè)置了側(cè)墻窗口下拉裝置，保證和底架間裝配間隙，也保證了焊接完成后車體撓度值的形成，通常側(cè)墻的撓度值在8～10mm最好。

4. 結(jié)語

通過對城際動(dòng)車組鋁合金車體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)介紹與分析，確定車體關(guān)鍵尺寸控制要點(diǎn)和制造工藝，保證了城際動(dòng)車組車體的質(zhì)量，順利完成鋁合金車體的生產(chǎn)制造。