铁道机车车辆制造工装改进分析

陈晓龙

摘要：铁道机车车辆制造是我国交通运输体系发展的重要组成部分，拥有高质量的、可正常运行的机车车辆是运输的前提。我国铁道机车作为主要的运输方式之一，必须要跟随时代的发展，满足人们的需求，不断提高铁道机车车辆的制造水平，改进生产工艺，才能够在高速发展的社会中不被淘汰。文章分别就要简要总结了车辆制造工装的设计原理，分析了不同工装改进前后的优缺点，对可能采取的解决方法进行探讨，描述了其应用效果。

关键词：工装；改进；机车车辆

1 引言

铁路机车车辆是适合大批量运输的交通工具之一，因其具有环境负担轻的特征。其中，作为运输旅客的铁道车辆，主要还是由普通钢材、不锈钢、铝合金等原材料，利用焊接、接合技术，组装车体及走行部件（转向架），再搭载各种机组、设备投人运用。它可以降低工人劳动强度，增加工人操作安全性，从而使生产简单化。因此，如何设计简单、快捷、安全可靠的工装，各制造厂家进行了探索，也取得了一定实效。

2 铁道机车车辆生产线

目前的铁道机车车辆生产线如进行详细区分的话，有几种不同的形式，但是大致流程都相同。由前道工序制作出车体后，经过车内装配、涂装、组装整车把另行装配的转向架装人车体）等流程作业，最后完成成品检查、验收后出厂。使用焊接、接合工艺技术较多的工段为其中的车体制造生产线及转向架制造生产线。大多数的车体及转向架的制作流程（一般）是：先通过对板材进行塑性加工，制作出各种零部件；再通过接合（焊接）工艺组合这些零部件，装配成车体及转向架。车体制作以箱状6面体为主，而转向架制作以组合空心梁状结构件为主。由于两种制作原材料的不同，因此制作顺序及方法也有差异，其中比较大的差异是焊接、接合的方法。随着通用的焊接、接合技术的发展，铁道机车车辆制造中的焊接、接合自动化作业也随之不断发展。不过，必须由人工处理的作业仍然较多，特别是由焊接、接合作业引起的工件的热变形、烧伤以及飞溅等的清除和修理作业，是最需要作业者的技能与经验的。目前，各车辆制造商的生产线仍处于自动化与手工作业并存使用的过渡期。铁道车辆的结构可大致分为车体部份与转向架部份，前者是承载旅客与货物的，由6面体结构组成，后者则是走行装置。下文介绍了车体与转向架结构及部位的装配工序中所使用的焊接、接合工艺。车体的焊接：6面体车体一般的制作顺序为：先焊接装配车体的各墙板件，然后通过焊接接合各墙板，组成整个车体；端墙板件外侧长度方向上的侧墙板件长达20m左右，成为焊接作业负荷较大的部位。

3 常用夹具的设计

3.1 翻转式夹具

翻转式夹具在工艺装备中较常使用，以往的设计结构如图所示，夹具的缺点是操作繁琐，插销易丢失。改进后如图所示，结构简洁，装卸容易。

3.2 旋转式夹具

旋转式夹具，其优点是夹紧点或夹紧位置上下距离调整方便，多用于产品试制。该夹具设计时需考虑安装平台的板厚S1、孔间隙δ1、摩擦因数f等因素，在力N的作用下，为使旋转轴自锁，其计算方式如下：

其中：F为杆受到的正压力，P为摩擦阻力，M为翻转力矩，N为压紧力的反作用力，f为摩擦因数，δ为孔间隙，L为力臂，S为工作台板厚，S'为力F之间的距离，θ为转角。当P≥N时自锁。（当孔间隙δ较小时，可视为与力N平行）。

4 铁道车辆制造中保证焊接质量的方法

4.1 强调作业者技能的焊接质量管理

即便是在各种高质量焊接技术高度发展的今天，电弧焊接工艺还常用于重要部位的焊接以及铝合金的焊接等接合困难的场合（缘于电弧焊是成熟的技术且应用广泛）。电弧焊目前仍以人工作业为主，自动化程度并不高。因此，在焊接作业现场，要定期地对焊接作业者进行技能检验。使每一位焊工的焊接技能保持在一定水平上，才能维持焊接质量。日本国内外的每种工业都颁布了相应的技能检验标准，因此可按客户要求的标准进行检验。无论采用哪种标准，铁道机车车辆的制造根本（基础）都是焊接作业人员，所以目前在很大程度上，焊接质量依赖于个人的技能。

4.2 通过确认焊接条件实施焊接质量管理

在电阻点焊接、激光焊接、FSW、部分自动化的电弧焊接方面，按照日常管理（细则）之类的要求，每天作业前需检查焊接条件是否在合适的范围内，通常情况下是通过使用焊接式样进行各种破坏性试验来确定焊接条件是否合适。试验以静载荷试验（拉伸试验）为主。焊接条件的改变，包括因焊接设备维修和工厂布局变化等造成的改变以及焊接设备的变更。因此，要确认各种改变下的焊接条件。

4.3 利用对焊接区的非破坏性检查进行焊接质量管理

无论使用何种焊接方法，都有按照其重要程度实施各种非破坏性检查（无损检测）的要求。尤其是重要部位的焊接区，要通过放射线穿透试验（RT）检查内部有无缺陷，另外，还要预先进行2级检查，即通过磁粉探伤试验（MT）及渗透探伤试验（PT）检查焊接区表面有无缺陷。此外，对于自动化焊接的焊接部位的检查，因其焊接区的状态比较稳定，故也会利用超声波探伤试验（UT）对全部焊缝实施检查。这些方法因为不破坏焊接区就能够对实体焊件进行检查，所以是焊接質量管理（控制）中的一种有效手段。然而，操作非破坏检查装置的人员必须持证上岗（指操作者应取得资格认证）以及具备相关技能的资格。

4.4 利用对装置的状态监控进行焊接质量管理

在以激光焊接及FSW为代表的自动焊接、自动接合工艺方法中，为确保接合区质量稳定，监控接合中的焊接、接合装置的状态是焊接质量管理的手段之一，也就是所谓的有效应用监控系统。激光焊接装置及FSW装置等几种焊接装置从应用初期就具备状态监控功能。

5结语

以上是多年工作中总结的一点经验，并取得了很好效果，带来了一定的经济效益。经过多年来的应用证明，快捷、简单、可靠、安全、低造价是工装设计始终追求的目标。目前，这些工装正在企业生产中发挥着重要的作用。本文对我国铁道机车车辆的生产进行了分析，简单介绍了一些车辆的焊接技术，通过相关的介绍对我国铁道机车车辆的制造工艺进行了改正，提高了制造水平，以便为我国铁道机车车辆制作提供相关建议。

参考文献：

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[2]河田直树，张芳.铁道机车车辆综合性焊接技术[J].国外机车车辆工艺，2015（11）.

[3]翟建平，唐松柏.铁道机车车辆现行检验标准的分析[J].铁道技术监督，2013（06）.

（作者单位：本溪钢铁集团有限公司北营厂区铁运公司车辆作业区）