新型动车组模型车总组焊接口尺寸控制工装设计与优化

彭彦博　刘冬花　何清和　卢涤强

摘 要：本文简述了新型动车组模型车的车体组成，分析了车体总组焊接口尺寸控制工艺难点。文中通过设计工装来保证接口尺寸，并对总结了工装的使用效果，分析了工装缺陷，最后针对工装缺陷进行了工装设计优化，这也为后续新型动车生产积累了工装设计经验。

关键词：新型动车组模型车、总组焊、工装、设计与优化

0 引言

该新型动车组是根据中国铁路总公司运输和经营发展要求，旨在提高既有线铁路运输服务品质，充分利用既有线的运输资源和既有客车、机车的检修资源，依托八轴客运电力机车（HXD1G）和既有25T 型客车技术平台，能够满足中国城际铁路、普速线路及客运专线使用环境运营要求的一款最高运营速度的动车组。

为了更好的验证该新型动车组的设计方案及工艺方法，我公司特意以1：1的比例制作了该新型动车的模型车，该模型车由司机室、底架模块、导流罩、排障器、开闭机构和头罩等部分组成，如图1模型车结构示意图所示。车型结构方面，该车型同样采用了动车常用的曲面流线型结构，减少了动车在高速运动时的风阻，降低了噪音，同时也使得车型更美观。但是曲面流线型结构增加了焊接造型难度，也增加了大部件的组焊难度，比如本文谈到的车体总组焊接口尺寸控制。

1 车型难点分析

模型车由于其结构相对简单，其制造过程为首先完成司机室钢结构、底架模块和导流罩等其他部件，然后将大部件总组焊完成车体的制造。工艺分析得出，在大部件总组焊过程中，由于设计要求将模型车司机室钢结构与模型车底架外围轮廓错位控制在1mm以内，且要保证整个模型车最终的车体结构与开闭机构安装时对接处间隙均匀，整个车型轮廓在对接处也能实现良好过渡，如图1模型车结构示意图所示。如图2接口尺寸示意图所示，β角是由司机室钢结构和底架两个庞然重物的组合而成的空间角，是开闭机构与车体结构对接时的关键接口角度尺寸，设计要求接口角度偏差为±0.2°，显然想要达到如此严格的角度控制要求，相当的困难。加上动车组模型车司机室钢结构为多曲面、流线型结构，模型车底架又为不规则外形，这就更增加了接口尺寸控制的难度。如何解决此问题也成了本模型车制造中必须攻克的一道难题。使用工装定位控制该接口尺寸是一个常用可行的方法。设计制造出理想的接口尺寸控制工装也就成为完成该模型车的总组焊的一个重要准备工作。

2 工装设计

根据模型车对工装的需求，本工装的设计思路是：首先工装的核心控制点在于接口角度尺寸控制，其次工装也要保证司机室钢结构与底架的轮廓完好对接，从而也保证两大部件组焊完成后与开闭装置也能够对接完好。

首先在角度尺寸控制方面，工装保证接口角度尺寸β，如图3接口控制工装图所示，本工装的通过两块12mm的平板，即司机室前端法兰定位模块和底架前端定位模块，焊接形成α夹角，其中α=β，以加强筋连接，同时图示纵向加强筋的设计角度刚好为α角，这样的设计可以很好的保证工装的设计夹角，且控制方法简单便捷。

其次是工装能保证部件对接后的轮廓，要想达到轮廓的完美贴合，最优的办法就是工装轮廓与部件轮廓一致，这样既能达到控制轮廓对接尺寸的控制，又能作为一项部件轮廓检测工序。根据该思路，工装上的定位模块与司机室钢结构前端、底架前端轮廓一致，同时将纵向加强筋的底边与工装定位模块的地板平齐，以减少人为因素对工装精度的影响。为了保证使用工装时车体前端焊缝能够顺利施焊，对工装开了部分孔，最后设计完成的工装图样如图3接口控制工装图所示。

3 使用效果

工装制作完成后，在模型车总组焊时，能够满足车体总组焊的接口尺寸控制要求，实现车体司机室钢结构和底架模块的完美对接，同时也满足车体组焊后与开闭机构对接安装的尺寸要求，且安装效果良好。但是在使用过程中也发现工装存在的部分不足，有如下几点：1、工装的强度不够，在对接过程中存在工装轻微变形情况；2、工装制作过程存在角度误差，由于采用的是筋板定角度，工装组焊过程中存在纵向加强筋焊偏、焊斜的现象导致工装制作不够标准；3、工装的拆装不是很便捷，结合图1、图2、图3可以看出，工装需要嵌入两个部件之间，由于工装本身较重，人工难以进行工装的装拆，且也违背了生产安全原则。故需要对工装重心进行处理，保证工装的底架前端定位模块在拆装时呈竖直状态，可以平稳通过天车吊运实现拆装。

4 工装优化

根据使用效果可以看出本工装的设计能够达到控制车体接口尺寸的目的。但是工装也存在部分不足，我们也对工装做了相应的优化。

首先是工装结构强度不够，我们已经将工装的司机室前端法兰定位模块、底架前端定位模块由原先的12mm增加到了25mm，同时也增加了加强筋，减小了辅助焊接孔及减重孔的尺寸，极大的增强了工装的结构强度。

其次为了减少焊接过程控制工装角度尺寸的纵向加强筋组装尺寸偏差，对纵向加强筋及司机室前端法兰定位模块、底架前端定位模块做了相应优化。如下图4、图5更改了原先的组装方式，有画线点固定位，改为榫接定位，这样可防止纵向加强筋安装时倾斜，提高了装配精度，从而提高了工装的控制精度。

再次由于工装重心偏上，工装起吊使得底架前端定位模块在拆装时呈竖直状态进行工装的拆装，我们通过利用三维软件分析，通过增加配重块的方法将工装的重心下移，保证了工装拆装过程中，底架前端定位模块在拆装时呈竖直状态。

5 总结

本文分析了新型动车组模型车接口尺寸控制的难点，描述了工装设计制作的思路及使用效果，并对工装提出了优化改进意见进行了设计优化改进，这为后续的新型动车的生产提供了优良的接口尺寸控制工装，保证新车型的顺利生产。

参考文献：

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[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2016.

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[4] 吴宗泽.机械设计师手册[M].北京：机械工业出版社，2009