吳月峰，葛懷普，趙明明，王震宇

中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司 安徽蕪湖 241000

1 序言

轉(zhuǎn)向架在很大程度上決定了單軌列車的運(yùn)行性能，而作為轉(zhuǎn)向架最核心的部件，構(gòu)架是列車承載和傳力的基體，也是轉(zhuǎn)向架眾多部件聯(lián)結(jié)的主體骨架，是一個受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件。它不僅承載車體上部所有的質(zhì)量，而且承載并傳遞列車運(yùn)行中產(chǎn)生的垂向、縱向和橫向3個不同方向的作用力，其質(zhì)量對轉(zhuǎn)向架性能有著至關(guān)重要的影響?？缱絾诬壾囕v構(gòu)架采用單軸非對稱式結(jié)構(gòu)，與常規(guī)鋼輪鋼軌地鐵轉(zhuǎn)向架有較大差異。

2 INNOVIA300型構(gòu)架設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)為H形。以DGY-470系列地鐵車輛構(gòu)架（見圖1）為例，其由側(cè)梁、橫梁和端梁等部件拼焊而成。

圖1 DGY-470系列地鐵車輛構(gòu)架

與傳統(tǒng)地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)不同，INNOVIA300型跨座式單軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，由電動機(jī)吊座、基礎(chǔ)框架、二系懸掛臂、牽引桿安裝座及其他焊接件組焊而成，為焊接鋼結(jié)構(gòu)，構(gòu)架總成如圖2所示。構(gòu)架上裝有4個導(dǎo)向輪、2個穩(wěn)定輪，通過沙漏型橡膠彈簧支撐車體，沙漏簧具有垂向和橫向彈性，能夠允許轉(zhuǎn)向架相對車體產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，使車輛順利通過小半徑曲線。

圖2 構(gòu)架總成

3 加工方式的比選及優(yōu)化

傳統(tǒng)加工方式包括單件加工后再拼焊和毛坯件拼焊后整體加工兩種。前者的優(yōu)點(diǎn)是在滿足尺寸公差的基礎(chǔ)上，效率相對較高，適合車間工位制節(jié)拍化生產(chǎn)；缺點(diǎn)在于整體尺寸精度較差，不適合精度要求＜1mm的構(gòu)架。后者的優(yōu)點(diǎn)在于工件穩(wěn)定性好，整體尺寸精度較高；缺點(diǎn)在于需對構(gòu)架整體進(jìn)行熱處理，工序瓶頸較大，且對設(shè)備要求較高。由于INNOVIA300型構(gòu)架加工精度高、無需焊后熱處理，所以這兩種方式均不適用。需基于傳統(tǒng)工藝做進(jìn)一步的調(diào)整，以滿足加工需求。

4 工藝流程設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的毛坯件拼焊后整體加工的工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對性的調(diào)整。在劃線工序之前新增調(diào)平工序，對構(gòu)架焊后的加工基準(zhǔn)面調(diào)至同一水平面。取消傳統(tǒng)工藝中的退火工序，調(diào)平后進(jìn)行劃線及機(jī)械加工，加工結(jié)束后使用專用設(shè)備進(jìn)行尺寸檢測。

（1）調(diào)平 傳統(tǒng)的構(gòu)架加工工藝無調(diào)平工序，針對INNOVIA300型單軌構(gòu)架結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸精度高的特點(diǎn)，焊接完成后，兩側(cè)二系懸掛臂因收縮變形而不在同一水平面，影響后續(xù)機(jī)械加工。需要在構(gòu)架劃線工序之前增加調(diào)平工序，將兩側(cè)二系空簧面調(diào)至同一水平面上，既可保證構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)不變形，又可確保各加工面有充足的加工余量。

（2）構(gòu)架劃線 將B基準(zhǔn)（見圖2）與工裝定位基準(zhǔn)貼緊，將兩空簧面調(diào)至同一水平面上。檢查引擎板是否有加工余量，若沒有加工余量，則重新調(diào)整兩空簧面，保證厚度8mm。調(diào)整完畢后，將螺栓緊固，使構(gòu)架緊固在工裝上。確定A基準(zhǔn)豎直方向尺寸，并對構(gòu)架豎直方向加工尺寸劃線。翻轉(zhuǎn)工裝90°，確定A基準(zhǔn)水平方向尺寸，并對構(gòu)架水平方向加工尺寸劃線。X方向加工尺寸由機(jī)床程序中已設(shè)置完成的相對坐標(biāo)確認(rèn)。

（3）構(gòu)架整體機(jī)械加工 跨座式單軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架加工工藝流程為：開工前準(zhǔn)備→構(gòu)架裝夾→加工引擎板和制動夾鉗→加工牽引連桿、穩(wěn)定輪、集電靴（左）和連接座（左）→Y軸翻轉(zhuǎn)90°加工導(dǎo)向輪→Y軸翻轉(zhuǎn)90°加工集電靴（右）和連接座（右）→加工二系簧面。

（4）使用專用量具檢測 機(jī)械加工前使用高度尺劃線確保加工余量；機(jī)械加工后使用三坐標(biāo)檢測設(shè)備并檢驗(yàn)加工精度。

5 工藝創(chuàng)新

傳統(tǒng)的構(gòu)架加工工藝需在劃線前對構(gòu)架整體進(jìn)行退火熱處理以消除焊接殘余應(yīng)力，控制焊接變形。這種方法投入的成本大、耗費(fèi)的時間長，且對場地、設(shè)備操作人員等要求較高。通過制定合理的焊接工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)工裝定位以及適當(dāng)?shù)姆醋冃畏帕?，可以有效地降低焊接殘余?yīng)力，控制構(gòu)架的焊接變形，保證構(gòu)架的整體尺寸，故可不采用熱處理工序，從而節(jié)省大量的人力、物力成本。

6 焊接中的工藝放量

由于構(gòu)架各部件在焊接過程中會產(chǎn)生收縮變形，所以為了保證構(gòu)架制造完成后的尺寸滿足圖樣設(shè)計(jì)要求，在構(gòu)架基礎(chǔ)件下料時進(jìn)行相應(yīng)的工藝放量，經(jīng)實(shí)物批量加工驗(yàn)證合格。

1）導(dǎo)向輪安裝座長度與厚度方向均加3mm的工藝放量，這樣既保證了焊接完成后基準(zhǔn)到邊尺寸，又保證了機(jī)械加工鉆孔后孔到邊的壁厚。

2）下蓋板長度方向加1mm的工藝放量，對應(yīng)的內(nèi)外立板、上蓋板也加長1mm，保證了焊接完成后二系懸掛臂組裝的尺寸精度。

構(gòu)架整體為全焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)焊縫部分為全熔透焊縫，包括單面焊雙面成形，對接頭間隙、坡口角度和鈍邊尺寸要求較高。通過對試制構(gòu)架關(guān)鍵位置的全熔透焊縫的間隙及鈍邊尺寸進(jìn)行分析，確定了工藝優(yōu)化的放量更改：①全熔透焊縫位置間隙放量為3mm，保證焊縫熔透。②全熔透純對接焊縫鈍邊尺寸更改為（0.8±0.2）mm。

通過不斷改進(jìn)與優(yōu)化工藝，構(gòu)架焊接完成后的實(shí)際尺寸已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，滿足了圖樣設(shè)計(jì)要求。

7 穩(wěn)定輪安裝座焊后對稱度的保證

穩(wěn)定輪安裝座焊后變形較大，加工時存在一側(cè)加工量不足、另一側(cè)加工量過大的情況，影響后續(xù)穩(wěn)定輪的安裝。

解決措施：調(diào)整焊接順序。針對二系懸掛臂焊后向一側(cè)偏移的情況，先焊接對稱側(cè)焊縫以提供變形約束。此外，在構(gòu)架總組工裝上設(shè)計(jì)側(cè)梁定位工裝（見圖3），除對穩(wěn)定輪安裝座組裝定位尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制外，同時也對焊接變形提供一定的約束。

圖3 側(cè)梁定位工裝

8 解決橫向減振器厚薄不均問題

橫向減振器焊接完成后平面度超差，機(jī)械加工后出現(xiàn)厚薄不均的問題，對后工序安裝螺栓造成影響。

解決措施：調(diào)節(jié)加工工序?yàn)橄葯C(jī)械加工再焊接，通過機(jī)械加工保證牽引桿連接座厚薄一致，通過合理的焊接工藝保證幾何公差。

9 解決制動板外側(cè)垂直度超差問題

制動板外側(cè)設(shè)計(jì)加工量僅有2mm，焊接完成后垂直度超差會引起該部位加工時無加工余量，是今后列車運(yùn)行時的一個潛在風(fēng)險(xiǎn)。

解決措施：增加電動機(jī)吊座定位工裝1mm反變形量，通過反變形調(diào)節(jié)焊接收縮引起的偏差影響。

此外，在機(jī)械加工劃線工序時，通過調(diào)節(jié)兩邊空簧面高度來調(diào)節(jié)電動機(jī)板的垂直度，在保證兩邊空簧面最大高低差≤2mm的情況下，盡可能使電動機(jī)板垂直，使得空簧面與制動板外側(cè)均留有較大加工余量。

10 結(jié)束語

跨座式單軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，加工部位多、精度高且難度大，構(gòu)架質(zhì)量對整車性能有至關(guān)重要的影響。對于該類重要部件，除掌握焊接知識外，還必須對機(jī)床、夾具、刀具和工件加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，改進(jìn)加工工藝，才能完成工件的加工，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。除焊接工藝外，技術(shù)人員在機(jī)械加工工藝準(zhǔn)備、工藝實(shí)施和工藝改進(jìn)過程中，必須細(xì)致、謹(jǐn)慎和認(rèn)真地做好每一步工作，才能設(shè)計(jì)出嚴(yán)謹(jǐn)且合理的工藝流程。