A型货运电力机车底架组焊工装设计

李雄飞，王大勇

(1.中国北车集团大连机车车辆有限公司 车体车间，辽宁 大连 116022;2.大连交通大学 轨道交通关键材料省重点实验室，辽宁 大连 116028)

0 引言

A型货运电力机车在前两台底架钢结构试制中所使用的组焊工装，对其边梁采用旁承座内侧立板与外侧立板同时进行支撑，重心位于两立板之间，内外侧顶紧采用T48丝杠，手柄直径为Φ20mm.由于立板边缘加工尺寸比较粗糙，旁承座内表面调整量大，费时费力;且边梁在纵向方向移动不安全(经常采用加横向拉筋保证其安全［1］)，摩擦力相当大.再加之内外侧顶紧丝杠偏细，数量也不足，对于边梁调整及防止焊接变形无法起到有效作用.直接导致一台底架钢结构耗费将近两周时间才组焊完成.本文基于以上原因专门设计制造了改进型专用组焊工装，对于边梁的支撑采取直接支撑于旁承内表面，减少了摩擦力;顶紧丝杠采用T60，手柄直径为Φ30mm，且增加了8组顶紧丝杠，解决了焊接变形问题.目前可达到两天一台底架的产能.

1 底架结构及技术要求

A型货运电力机车底架钢结构如图1所示.其长为21600mm，宽为2980mm，高为1578mm;主要由2个端部装配、2个中梁装配(一)、2个旁承梁装配、2个边梁装配、2个中梁装配(三)、变压器梁装配等组成，总重29.5 t，其中端部装配4 t，边梁装配6 t，变压器梁装配2 t.要求中梁在全长内旁弯应不大于5mm，(只允许凸向外侧).四个旁承座内表面应在同一水平面，高低差不大于4mm(旁承座位于边梁上).两个变压器梁下安装面应在同一水平面，高低差不大于2mm.两个变压器梁牵引销孔距离保证为2 910±1mm.底架两端对角线之差不大于6mm，上平面四角高低差不大于5mm.底架上挠值为0～15mm.

图1 底架钢结构示意图

2 组对方法

在底架组对中首先需要确定横向及纵向中心线的定位基准，经过对底架图纸及工艺的分析研究，决定将两个变压器梁及中梁装配(四)提前组对焊接成为一个整体(变压器梁装配)，对两个变压器梁上的两个牵引销孔进行整体加工，以保证其尺寸为2 910±1mm;对变压器梁上下平面进行整体加工，保证下安装平面在同一水平面，高低差不大于0.5mm.然后以两个加工销柱为定位基准(两加工销柱中心连线为纵向中心线，横向中心线取此连线中点且与纵向中心线垂直)，将变压器梁上的两个牵引销孔插入加工销柱中，变压器梁装配下平面坐于支撑面上(支撑面为加工好的一水平面)，使其达到水平.

组对边梁装配，使边梁装配上的旁承座内表面坐于4个支撑面上(支撑面为4个加工面，且在同一水平面上，高低差不大于0.5mm，且作为底架总组对的水平基准)，横向采用液压缸进行宽度调节，使边梁紧靠于位于内侧的定位块上，保证两边梁横向尺寸，边梁垂直度采用若干个T60的丝杠进行调节，外侧安置一加工水平面，用直角卡尺随时对边梁进行测量，如有误差，调节丝杠进行顶紧或放松.纵向采用液压装置进行调节(液压缸安装于旁承座下方，采用点动式步进调节，每次点动小于1mm)，直到边梁中心线与工装中心线对齐(边梁提前刻线).

将端部装配吊入支撑装置上(支撑装置为4个机械式升降丝杠，丝杠为T80)，为保证底架上挠值，调节丝杠将端部装配提高，纵向定位块安装于端部装配前端，调节T60丝杠顶紧端部使其紧靠于定位块上，横向方向采用液压装置对其调节(同样采用点动式)，直到端部中心线(中心线提前刻于端部前端板与上盖板上)与工装纵向心线对齐为止.为保证底架上平面四角高低差不大于5mm，必须用水准仪对端部上平面进行调平，且每个端部四角高低差不应大于2mm，两端部高低差不应大于2mm.

将旁承梁吊于两边梁旁承座之间，横向根据工件的旁承座定位，纵向直接靠于定位块上.

将各中梁装配吊入工装中，内侧安装有定位装置(为防止纵向旁弯凸内侧，采取在内侧加死定位)，外侧用丝杠对其进行顶紧.

为满足底架上挠，除端部上挠外，边梁装配要求预挠(采取火焰烧出挠度的办法)，且变压器梁装配也应上调.

3 组对难点分析

底架钢结构组对难点主要在于边梁装配的组对调节，边梁结构如图2所示:

图2 边梁结构示意图

边梁装配全长16 100mm，宽850mm，高1 108mm，重6 t，重心距离外蒙皮200mm(如图3)，极易倾倒，且焊接后变形大，容易产生旁弯，垂直度不满足要求等问题.［2］边梁装配要求保证旁承座的内表面应在同一水平面，所以采用支撑座伸入旁承座内，支撑旁承座内表面，由于边梁装配重心难以座于支撑座上(即使座上也只能支撑大约10mm，非常危险，且边梁在组对中要求横向和纵向的移动)，所以边梁靠近外蒙皮处必须加支撑丝杠和侧向顶紧以防止边梁倾倒，其中支撑丝杠具有调节旁承座水平的作用.侧向顶紧用来调节边梁装配的垂直度，兼有防止焊接变形的作用.

图3 边梁装配示意图

边梁装配纵向方向的移动装置如图4所示.其采用2组液压缸驱动的形式，且设置有保护装置.液压站额定压力选择16 MPa，液压缸选用HSGL01-63/dE［3］，杆径 22mm，速比 1.46，最大行程200mm，推力最高可达4.99 t，并配有减压阀.驱动方式仍然采用点动式(配有调速阀)，步进小于1mm.

图4 边梁装配纵向移动装置

4 组对工装整体结构概括及数据分析

组对工装结构如图5所示.其平台框架全长24 000mm，宽4 783mm.纵向由4根热轧工字钢56a组成，每根长18 000mm，上下加备板，横向由14根热轧工字钢560a及12根热轧普通槽钢28a所组成，两端连接有由槽钢28a所焊接而成的平台，用于端部的组对.平台框架强度和刚性满足使用要求［4］.

变压器梁装配采用2个定位销柱，4个支撑面，4个支撑丝杠T80;边梁装配共采用4个支撑面，10个支撑丝杠T80，16组侧向顶紧丝杠T60，8个横向调节液压缸，4个纵向调节液压缸;端部装配采用8个可调节支撑丝杠T80，侧向采用2组液压缸，纵向调节采用手动丝杠T60调节，共4组，两端设置有中线定位线;旁承梁采用3点支撑，2个共6个支撑点，每点分别可调节.中梁装配皆采用面支撑，内侧安置定位块，两侧分别安装有1组顶紧丝杠T48.

图5 组对工装示意图

夹紧力计算:

其中，F为夹紧力(N);Fs为加在手柄上的外力(N);L为手柄上加力点的间距(mm);λ为螺旋升角，且，s为螺旋导程;d2=螺旋中径;φ1为螺杆与螺母间的当量摩擦角，梯形螺纹取5°30'，普通螺纹取 6°35';tanφ2为焊件与压脚间的摩擦因数，在0.1～0.15之间选取;R'为焊件与压脚间的摩擦力矩半径(mm)，点接触R'=0.

对于侧向夹紧采用梯形螺纹T60，手柄长度L=12×d2=720mm，外力130 N.螺旋导程 S=P=6mm，d2=60mm，tanλ =，λ =1.82°，φ1=5°30'，tanφ2=0.1，R'=0.求得 F=2.48 ×9.8 kN，满足使用要求.

对于用于支撑的梯形螺纹T80，手柄长度L=10×d2=800mm，外力130 N.螺旋导程S=P=6mm，d2=80mm，tanλ =，λ =1.37°，φ1=5°30'，tanφ2=0.1，R'=0.求得 F=2.2 ×9.8 kN，满足使用要求.

按照上述组对顺序和工艺方法，且在专用组对工装的保证下所制造出来的货运电力机车底架钢结构完全满足设计及技术要求，且控制了焊接变形，减少了作业时间，为实现A型货运电力机车批量化奠定了基础.

［1］陈立德.工装设计［M］.上海:上海交通大学出版社，1999.

［2］孙景荣.实用焊工手册［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［3］雷天觉.液压工程手册［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［4］成大先.常用设计资料［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［5］王政.焊接工装夹具及变位机械［M］.北京:机械工业出版社，2001:40-42.