一种构架侧梁焊接反变形的自动化校直整形设备优化设计研究

江光宜

(武汉中车电牵科技有限公司，湖北 武汉 430000)

构架侧梁一般用作承力件，其焊接质量直接关系到构架所承载系统的可靠性。为了保证焊接强度，焊缝必须达到一定的长度和宽度，而焊缝过长会使热影响区变大，母材的变形会随之变大，且厚板件大多是高强板，变形抗力大，焊接形成的变形在焊接后很难矫正定形，焊接变形可影响侧梁在构架上进行组装定位，进而导致整个构架发生变形。因此，提升侧梁的焊接质量，控制焊后变形是机车车辆运行安全的必要保障。车辆构架侧梁作为典型的大长宽比零件，具有焊缝长、板料厚、板材强度高等特点，再加上轨道交通车辆箱梁结构焊接后工艺要求较高，例如，一般构架平面度要求控制在2mm/2m 内，平行度控制在1.5mm/2m 内，翘曲度控制在3mm/3m 内。车辆构架的侧梁作为典型的大长宽比零件，具有焊缝长、板料厚、板材强度高等特点，在自由状态下进行焊接，焊件几何尺寸很难保证。目前，行业基本采用焊接后进行调修，包括火调修、冷压调修，进一步也采用组对焊接过程中预压反变形工装控制，但在实际应用中，焊接工艺路线只适用于传统手工或半自动焊接模式，针对全流程自动焊接工艺路线无法满足。因此，需要在侧梁零部件点固后进行反变形整形预压工艺。

1 现有反变形预压设备模式分析

矫直整形设备是轨道交通内的一种常用设备，由于中厚板焊接经过探伤检验质量没问题，但外形尺寸会超差，给后续工件装配造成困难，进而影响整机性能，所以，必须经过矫直才可以满足产品设计要求，由此可见，这道工序必须有专门的设备来保证，在焊接辅助装备领域为重要的装备。如图1，这是一种比较老式的做法，用于反变形的立柱是固定式，会出现压制位置不理想，吊装工件需将千斤顶及上部横梁移开，且需要人工采用扳手拧紧千斤顶比较费时费力，调整起来相当麻烦；图2 和图3 是在图1 的基础上，采用龙门+ 高压千斤顶，可以沿轨道前后移动，使吊装工件变得轻松，千斤顶在龙门轨道上左右移动，使千斤顶可以压制在更合理的位置，略微不足是采用手动前后移动龙门和左右移动千斤顶，当压制工件的压力需要足够大时，龙门将会变得比较笨重，人工强度大；人工操作手动泵施压也会比较费力费时。对于像工程机械、轨道交通等重工行业的大工件，目前，都还完全没有降低操作人员的劳动强度，随着科技的发展，自动化设备的常态化，这一重要工序的设备迫切需要改进提升。

图1 不可前后左右上下校直整形设备

图2 前后左右手动校直整形设备

针对现有反变形预压设备模式分析，上述设备的技术采用焊接技术领域反变形，通过设计专用的反变形组对焊接工装及增加焊接后液压千斤顶调修设备，需解决以下问题：

（1）针对每款产品都需设计特定的带有预制反变形的组对和焊接工装，且预压反变形系统需采用液压方式，工装成本高，适用于单一产品。

（2）焊接变形后，产品的校直需整形省时省力，快速检测出是否校直合格，让产品质量得以提升并降低校直整形的难度。

（3）在采用对于机械手自动焊接工艺，随行的焊接工装采用液压系统对接口和防油漏要求极高，因此，该方法只适用于手工焊接。

图3 前后左右手动校直整形设备

2 箱梁件焊接变形后的自动化校直整形设备设计要点

（1）该自动化校直整形设备，可兼容多种产品柔性化预压工装，可以适应多种产品。

（2）自动化校直整形设备需省时省力，能快速校直，降低校直难度。

（3）自动化校直整形设备需机、电、液等一体化集成，自动化程度高，适用于手动焊接工艺和机械手自动焊接工艺。

3 箱梁件焊接变形后的自动化校直整形设备设计方案

如图4 为本自动化校直整形设备的整体结构示意图：由三部分组成，分别是工装主体平台结构、龙门上体结构、龙门下体结构。其特点在于：

（1）工装主体平台结构组成示意如图5：由下列101 主体平台结构件、102 齿条、103 轨道1 组成，主体平台结构件采用铸造或钢结构件制作，四周及上下面采用机加工，保证尺寸精度，在本体左右两侧分别安装专用轨道1 和齿条，为龙门下体在轨道上前后移动。

图4 自动化校直整形设备结构示意图

图5 工装主体平台部件结构示意图

（2）龙门下体结构组成示意如图6：由下列龙门下体结构件、减速电机1、同步轴、齿轮、电动液压站、滚轮1 等组成，龙门下体结构件有优质钢结构拼焊去应力加工而成。

（3）龙门上体结构组成示意如图7：由下列龙门上体结构件、减速电机2、丝杆、高压千斤顶、滚轮2、轨道2 等部件组成，龙门下体结构件有优质钢结构拼焊去应力加工而成，保证与龙门下体结合面及轨道2 安装面的尺寸精度。高压千斤顶安装板与4 只滚轮2 固定一起，轨道2 安装与龙门下体结构下侧，然后，将滚轮2 放置于轨道内。丝杆穿过高压千斤顶下部安装板，由电机驱动高压千斤顶在滚轮2 的作用下，沿轨道2 左右移动。

（4）龙门下体结构组装与工装主体平台结构进行组装，滚轮1 放置于滚道1，调整齿轮与齿条啮合间隙，确保龙门下体可以沿工装平台结构件两侧轨道前后移动平顺无异响。龙门上体结构与龙门下体结构通过螺栓及本体上的倒钩进行连接，前后运行通畅，放置工件在龙门内侧型腔，可以通过减速电机2 调整液压千斤顶的左右移动位置。将高压千斤顶与电动液压站由管路相连，通过电器控制箱的按钮进行操作减速电机1、减速电机2、电动液压站进行工作。整体集成度高。

图6 龙门下体部件结构示意图

图7 龙门上体部件结构示意图

4 结语

通过对构架侧梁焊接变形的分析可得出，使用新型自动化校直整形设备后，可以省时省力完成工件的校直整形，在构架侧梁焊接时，采用预设反变形压力、制定合理的焊接反变形预压工艺流程，可以保证构架侧梁平面度控制在2mm/2m内，平行度控制在1.5mm/2m 内，翘曲度控制在3mm/3m 内，满足产品技术要求。从而提高了产品合格率和生产效率，减少了返工次数。同时，兼顾了产品的柔性化，在整体上降低了生产成本。