内燃动车组转向架构架制造技术研究

□姜 斌 □宋学毅 □张文朝 □刘春洋

中车唐山机车车辆有限责任公司 河北唐山 063035

内燃动车组转向架构架制造技术研究

□姜 斌 □宋学毅 □张文朝 □刘春洋

中车唐山机车车辆有限责任公司 河北唐山 063035

以出口土耳其内燃动车组转向架构架为研究对象，分析了构架的基本结构特点，给出了构架侧梁组成、横梁组成的制造工艺流程，并对工艺难点进行了分析。针对转向架构架工艺难点及实际生产中易出现的工艺问题，给出了具体的解决方案。

中车唐山机车车辆有限责任公司为土耳其伊兹密尔市设计了新一代内燃动车组[1]，其构架与传统城轨转向架构架相比，在满足稳定行驶性能要求的前提下，具有结构简洁、制造成本低、性能优良等特点，已成为内燃动车组转向架的代表产品[2-4]。笔者以该构架为研究对象，重点分析了其侧梁组成和横梁组成等关键部件的结构形式、工艺特点，以及制造工艺难点，并给出了各部位的工艺流程。与此同时，针对加工构架过程中的工艺难点，以及在实际生产中出现的工艺问题，提出了具体的解决方案[5-8]。

图1 动车构架

1 构架及其主要组件的基本结构

1.1 构架组成基本结构

该构架采用典型的H型焊接结构形式，分为动车构架和拖车构架，具体结构如图1、图2所示。

图2 拖车构架

动、拖车构架的区别为：动车构架具有电动机吊座、齿轮箱座等动力支撑传动装置，而拖车构架无动力支撑装置。构架横梁采用钢板拼接形式，通过纵向梁将两个横梁箱体连接，与典型的城轨、地铁及普通客车构架不同的是，横梁与侧梁的连接并非采用插接形式，而是通过横、侧梁上下盖板对接，以及横梁立板与侧梁立板T形连接，将横、侧梁以焊接的形式连接为一体。

由于侧梁与横梁采用了对接焊接形式，因此更容易进行构架的组装。同时，焊接后的构架扭曲变形量小，易调修，所以具有良好的结构工艺性。

1.2 侧梁组成基本结构

动、拖车构架的侧梁结构相同，为典型的箱体形式，侧梁的上、下盖板与立板以拼接形式连为一体，内部附有筋板，起支撑和加强作用，上、下盖板同为折弯成形工件。侧梁组成结构如图3所示。

图3 侧梁组成结构示意图

与传统的城轨侧梁结构不同，此构架侧梁内腔不作为气室使用；同时，对上盖板平面度、定位座间距等重要尺寸精度要求较高[9]。

1.3 横梁组成基本结构

动、拖车构架的横梁结构不同，动车横梁带有电动机吊座和齿轮箱座，基本形式如图4所示。拖车横梁组成中并没有与动力系统相关的装置，其基本形式如图5所示。

动车构架的动力系统集成于相应横梁组成之中，这种结构与CRH3型动车组构架独立的电动机悬挂系统相比，结构更加简单紧凑，但横梁组成焊接量相应增大，易造成较大的焊接变形[10]。

2 构架主要组件工艺难点分析

2.1 侧梁组装焊接工艺

由上文所述，侧梁为上、下盖板与立板和筋板拼接的箱型形式，侧梁组焊工艺流程如图6所示。

图4 动车横梁结构示意图

图5 拖车横梁结构示意图

图6 侧梁组成工艺流程

侧梁上、下盖板与内外立板之间采用焊接方式，立板与上、下盖板外侧焊缝形式为HYs13+a3，立板与下盖板内侧焊缝形式为a3。焊接填充量大，尤其是上、下盖板与横梁的对接位置。在盖板宽度较小的区域，由于大量的热输入，易发生较大的焊接变形。实际的焊接变形情况如图7所示，下盖板将会向箭头方向收缩变形，上盖板将会向箭头相反方向收缩变形，最终结果使侧梁上、下盖板间距减小。

图7 侧梁焊接变形示意图

由于侧梁为箱型结构，刚性很大，焊后采用冷压的方式调修效果并不理想。另外，过度热调修易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，不宜采用热调修方式。

工件焊接过程中，焊接变形是无法避免的，较大的焊接变形会导致工件局部尺寸超过设计公差，进一步影响工件整体性能，甚至造成工件报废。构架对侧梁焊后尺寸要求较高，垂向尺寸公差要求为±2 mm，横向尺寸公差要求为±1 mm。对于较高的尺寸精度要求，需要在工件焊接前采取预防措施，尽量减少调修，保证工件设计要求。

因此，预防和控制侧梁焊接变形量，做到焊后无需调修或仅需微调即可满足设计尺寸要求，是侧梁组焊工艺中的一个难点[10-12]。

2.2 横梁组装焊接工艺

构架横梁从结构和功能要求上分为动车横梁和拖车横梁，虽然结构不同，但工艺流程基本相同，如图8所示。

图8 动、拖车横梁工艺流程

动车横梁组成中，电动机吊座与横梁连接形式如图9所示。电动机吊座将在后续构架加工时钻孔，以实现与电动机的连接。横梁组焊过程对电动机吊座的位置要求较高，水平X方向和垂向Z方向的尺寸公差均要求为±1 mm。

图9 电动机吊座与横梁连接形式示意图

电动机吊座与横梁上、下盖板有焊接要求，与上、下盖板的单独焊接会造成不对称焊接热输入，相关区域易产生焊接收缩，造成电动机吊座整体变形，进而造成电动机吊座整体在横向发生位置偏移，影响后续构架的加工工序。如何预防和控制电动机吊座的位置变形量，满足后续构架加工和电动机组装精度要求，是横梁组焊过程的工艺难点。

3 构架的重要组件

3.1 侧梁组装焊接

针对侧梁焊接后上、下盖板间距缩小的工艺问题，对侧梁上、下盖板采用预制反变形的方式解决。

具体实施方案如下。

（1）侧梁上、下盖板预制反变形，如图10所示。下盖板折弯成形后，对标记红线区域预制反变形，反变形方向为图10中箭头方向。使用C型压力机对侧梁进行冷压，使上盖板调修位置较水平部分上翘3 mm。

图10 侧梁下盖板预制反变形示意图

上盖板的预制反变形方法与下盖板一致，方向与下盖板相反。

（2）侧梁组成在焊接前预制反变形，如图11所示。变形区域由于侧梁外侧焊缝焊接，大量的热输入使此区域收缩变形，实际变形趋势为侧梁整体端部向上偏移。为消除此变形，将侧梁安装在工装上，焊接前使用扳手对压紧装置的丝杠进行紧固，使侧梁的端部区域向下预制反变形3 mm。

图11 侧梁预制反变形

通过以上两种工艺方法，焊接完成后，焊接收缩引起的变形可与预制的反变形抵消，侧梁上、下盖板平面度≤1 mm，无需调修即可满足设计要求。

以上方法减少了侧梁焊接后的调修工作量，保证了产品质量和生产效率。

3.2 横梁组装焊接

如前文所述，动车横梁焊接后电动机吊座会产生变形，因此，动车横梁电动机吊座与横梁管组对时，采用预制反变形的工艺方法。

如图12所示，将箭头所示电动机吊座与横梁组成中心线定位尺寸控制在282.5±2 mm内，预制反变形时，安装电动机吊座应向外移动3 mm，即组装尺寸控制在285.5 mm，焊接后，电动机吊座会向横梁组成中心线方向自行收缩偏移，以此抵消预制反变形。

图12 电动机吊座预制反变形

按此工艺方法，电动机吊座焊接完成后的位置尺寸可控制在±1 mm内，无需调修即可满足设计要求。

4 结束语

介绍了出口土耳其内燃动车组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典型生产工艺问题的分析解决提供了有益的经验。

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[12]张三磊，罗宇，陈陟悠.动力机车转向架侧梁焊接变形预测[J].焊接学报，2010，31（10）：110-112.

Took the truck frame ofdiesel coach set exported toTurkeyas the subject for study.Byanalyzingthe basic structural characteristics of the frame,gave out the composition of the truck frame,manufacturing process for beamassembly while the technical difficulties were analyzed.Aimingat the technical difficulties for engineering of truck frame and the frequent engineeringissues duringreal production,specific solutions were provided.

内燃动车组；转向架；构架；制造工艺

DieselCoach Set；Truck；Frame Structure；Manufacturing Process

TH162；TP391.73

A

1672-0555（2016）04-013-04

2016年6月

姜斌（1984—），男，硕士，工程师，主要从事轨道客车转向架制造技术研究工作