STX4型馱背多功能運(yùn)輸車側(cè)梁組成變形及撓度控制

鄭國(guó)慶，董建峰，孫 浩，劉向楠

(中車山東機(jī)車車輛有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

鐵路馱背運(yùn)輸是多式聯(lián)運(yùn)和“門到門”運(yùn)輸?shù)闹匾M織形式，兼具經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保、安全可靠等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)鐵路和公路貨物運(yùn)輸?shù)摹盁o縫”銜接，運(yùn)輸效率高，對(duì)降低物流成本、減少能源消耗及環(huán)境污染等具有重要意義。STX4型馱背運(yùn)輸車側(cè)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(cè)梁組成的變形及撓度對(duì)保證馱背運(yùn)輸車整車的制造質(zhì)量至關(guān)重要。本文將分析STX4型馱背多功能運(yùn)輸車側(cè)梁組成在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)變形、下?lián)稀?cè)撓等問題的原因，并提出焊接工藝優(yōu)化方案。

1 側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)及主要焊縫

側(cè)梁組成為上蓋板、側(cè)梁、加強(qiáng)梁、連接板、加強(qiáng)板、補(bǔ)強(qiáng)板等組焊而成的魚腹形板柱式結(jié)構(gòu)(圖1)，全長(zhǎng)約16 m。側(cè)梁組成的主要焊縫有：?jiǎn)胃鶄?cè)梁由5段板材對(duì)接拼焊而成，有4條對(duì)接焊縫；側(cè)梁與加強(qiáng)梁中部的縱向長(zhǎng)大角焊縫；上蓋板與加強(qiáng)梁間的縱向長(zhǎng)焊縫；加強(qiáng)板與加強(qiáng)梁上翼緣間的縱向長(zhǎng)焊縫；連接板與2根側(cè)梁間的角焊縫。

圖1 側(cè)梁組成三維圖

2 側(cè)梁組成在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)的問題

側(cè)梁組成在生產(chǎn)過程中極易出現(xiàn)焊接變形問題，主要表現(xiàn)在：

(1) 單根側(cè)梁拼接后扭曲變形、側(cè)撓。

(2) 側(cè)梁與加強(qiáng)梁間的連接為單側(cè)長(zhǎng)大焊縫，焊接不當(dāng)容易造成側(cè)梁下翼緣變形外脹。

(3) 側(cè)梁上撓要求控制在8～18 mm，但實(shí)際生產(chǎn)中焊縫位置均偏向上部，易出現(xiàn)撓度達(dá)不到要求甚至下?lián)系那闆r。在試制的時(shí)候由于撓度只有-2～10 mm，需增加后續(xù)矯正工序，降低了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

(4) 連接板與2根側(cè)梁連接后，側(cè)梁組成對(duì)角線長(zhǎng)度、中部寬度達(dá)不到要求，需增加烤調(diào)工序。

3 原因分析

3.1 結(jié)構(gòu)因素

(1) 側(cè)梁主體為板材折彎成型的L形結(jié)構(gòu)(圖2)，上蓋板、加強(qiáng)梁在側(cè)梁的外側(cè)，整體是一個(gè)偏心結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在組焊、吊運(yùn)及存放過程中極易變形。

圖2 側(cè)梁截面示意圖

(2) 側(cè)梁整體較長(zhǎng)，由于裝備條件限制，需設(shè)置為5段拼接結(jié)構(gòu)(圖3)，焊接量較大。

圖3 側(cè)梁拼接示意圖

(3) 側(cè)梁中部有2個(gè)缺口，容易造成缺口處下?lián)稀?/p>

(4) 側(cè)梁僅靠?jī)啥说倪B接板連接，中部無有效的支撐，易出現(xiàn)中部?jī)?nèi)曲的情況，使車體寬度變小。

3.2 焊接因素

側(cè)梁主要焊縫的焊腳都在10 mm以上，且集中在側(cè)梁的一側(cè)，在組焊過程中即使嚴(yán)格按相關(guān)工藝參數(shù)執(zhí)行也無法使焊接應(yīng)力得到合理的釋放，再加上結(jié)構(gòu)因素的影響，導(dǎo)致焊接變形過大而出現(xiàn)扭曲、撓度不滿足要求的問題。

4 控制側(cè)梁組成變形及撓度的措施

針對(duì)上述原因分析，要想有效地控制側(cè)梁組成的變形和撓度，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)和焊接兩方面入手。

4.1 配置相應(yīng)裝備控制側(cè)梁結(jié)構(gòu)對(duì)變形的影響

(1) 配置單根側(cè)梁組對(duì)胎(圖4)。通過單根側(cè)梁組對(duì)胎控制側(cè)梁上撓不小于12 mm。組對(duì)時(shí)設(shè)置預(yù)撓，在適當(dāng)位置設(shè)置壓緊裝置，中部缺口處設(shè)工藝撐杠，以保證組對(duì)精度。在側(cè)梁兩端各增設(shè)3處工藝筋板以減少焊接變形。

圖4 單根側(cè)梁組對(duì)胎

(2) 配置單根側(cè)梁調(diào)修胎。在組焊后對(duì)側(cè)梁的扭曲變形、側(cè)撓進(jìn)行調(diào)修，保證側(cè)梁的直線度不大于5 mm。

(3) 配置底架組對(duì)胎(圖5)。用底架組對(duì)胎對(duì)側(cè)梁組成進(jìn)行組對(duì)，通過底架組對(duì)胎的定位壓緊裝置提高側(cè)梁組成的組裝精度。在中部加強(qiáng)梁的適當(dāng)位置設(shè)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(nèi)；在側(cè)梁中部下翼緣的適當(dāng)位置設(shè)置3根工藝?yán)?，將兩?cè)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(nèi)。

圖5 底架組對(duì)胎

(4) 側(cè)梁缺口處需組焊鎖座，為保證鎖座的強(qiáng)度還設(shè)置了補(bǔ)強(qiáng)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(nèi)收，使側(cè)梁的撓度變小。為此，組焊鎖座時(shí)在兩側(cè)增加頂起裝置，以保證焊接完成后側(cè)梁的撓度不會(huì)變化。

4.2 焊接工藝優(yōu)化方案

(1) 由于側(cè)梁與加強(qiáng)梁間為單側(cè)長(zhǎng)大焊縫，此焊縫在單根側(cè)梁組焊時(shí)控制難度很大，容易造成側(cè)梁下

翼緣變形外脹。為此，將此焊縫的焊接操作調(diào)整至底架翻轉(zhuǎn)焊接工序。因?yàn)樵谥暗牡准芙M對(duì)工序中已經(jīng)設(shè)置了側(cè)梁下翼緣工藝?yán)?，此時(shí)進(jìn)行焊接可以有效減少此焊縫對(duì)下翼緣變形的影響，同時(shí)，在底架翻轉(zhuǎn)焊接工序焊接時(shí)可將此焊縫轉(zhuǎn)至平焊位置，更有利于提高焊接質(zhì)量。

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

(3) 由于加強(qiáng)板在側(cè)梁中部且焊縫較長(zhǎng)，容易使側(cè)梁撓度變小。因此，焊接時(shí)在側(cè)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(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以減少對(duì)側(cè)梁撓度的影響。

5 結(jié)束語

STX4型馱背多功能運(yùn)輸車側(cè)梁組成的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)車型有著較大差異，工藝控制難度較大，通過實(shí)施上述措施，有效提高了側(cè)梁組成的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證了整車的制造質(zhì)量，也為今后生產(chǎn)類似結(jié)構(gòu)的車型積累了經(jīng)驗(yàn)，并提供了參考依據(jù)。