P95型大修列車履帶走行裝置大梁維修工藝研究

高 兵 耿路峰

(常州市瑞泰工程機(jī)械有限公司 江蘇 常州 213011)

P95型大修列車是上海工務(wù)機(jī)械段2002年從瑞士MATISA公司引進(jìn)的大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備，自動(dòng)化程度高，操作人員少，能快速切入工作，可多個(gè)工序同時(shí)進(jìn)行，維修保養(yǎng)方便，換軌、換枕效率高。P95型大修列車由WES輔助車、WM作業(yè)車、GT工作機(jī)構(gòu)、WF動(dòng)力車及WMM材料車5部分組成[1]。

1 失效情況

P95型大修列車作業(yè)時(shí)履帶走行裝置在承軌槽中走行，并作為主要承重部件[2]。由于工況惡劣、受載較大，且已連續(xù)使用10年，大梁損壞較嚴(yán)重。

大梁中部矩形梁出現(xiàn)了嚴(yán)重的扭曲變形，造成前后履帶錯(cuò)位，導(dǎo)致走行過程中履帶碾壓道釘，損壞軌枕，甚至無法完成切入、切出作業(yè)；芯軸銹蝕變形無法取出；法蘭連接板銹蝕變形，螺栓孔損壞嚴(yán)重。

(a) 矩形梁扭曲變形 (b) 法蘭部件損壞圖1 大梁失效情況

2 維修工藝

首先對前、后大梁進(jìn)行整體狀態(tài)檢測：包括磁粉探傷、硬度檢測、成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)等，經(jīng)過方案評審，最終確定了“前大梁修復(fù)、后大梁新造”的維修方案。

2.1 大梁總體維修方案

由于后矩形梁破壞嚴(yán)重，所以新造后矩形梁，再與后橫梁拼裝焊接，然后進(jìn)行機(jī)加工，最后與前大梁進(jìn)行拼裝。工藝流程為：(1)下料、折彎；(2)前大梁法蘭部件焊接、機(jī)加工；(3)后矩形梁各板拼裝焊接；(4)后矩形梁與后橫梁拼裝焊接；(5)后矩形梁與法蘭部件拼裝焊接；(6)移植偏心軸支座及微調(diào)油缸支座；(7)大梁新增焊縫磁粉探傷；(8)后大梁機(jī)加工；(9)前、后大梁試組裝；(10)焊后處理：拋丸、噴漆。

矩形梁的拼接是保證大梁制造精度的關(guān)鍵工序，其拼裝焊接流程如下：(1)拼接芯軸支撐部件即支撐筒、支撐盤、支撐筋板；(2)點(diǎn)拼矩形梁上板與左側(cè)板；(3)點(diǎn)拼芯軸支撐部件與上板；(4)點(diǎn)拼各支撐筋板與上板、左側(cè)板；(5)點(diǎn)拼下板與左側(cè)板、筋板；(6)焊接各板之間的角焊縫；(7)點(diǎn)拼三塊右側(cè)板；m(8)焊接上、下板與左、右側(cè)板外側(cè)角焊縫。

2.2 工裝設(shè)計(jì)

前、后大梁分別連接1套履帶走行裝置，為保證其均能在承軌槽中正常走行，對前、后大梁的加工組裝精度提出了較高要求，因此根據(jù)大修列車大梁的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了專用工裝。整體工裝分前、后兩部分，分別支撐前、后大梁，工裝根據(jù)大梁尺寸要求固定在組裝平臺(tái)上，如圖2所示。

工裝加工工藝為：(1)火焰切割槽鋼下料； (2)點(diǎn)拼組裝工裝底座；(3)焊接底座角焊縫；(4)焊接底座四角底板；(5)點(diǎn)拼立柱與小平板；(6)立柱、筋板點(diǎn)拼至底座；(7)立柱、筋板、底座之間角焊縫焊接；(8)機(jī)加工底板及小平板；(9)前后工裝定位到組裝平臺(tái)；(10)加工各定位軸；(11)大梁吊至工裝，點(diǎn)焊定位軸；(12)焊接微調(diào)油缸支座定位工裝。

圖2 工裝示意圖

2.3 芯軸設(shè)計(jì)

芯軸將大梁與車體連接起來，曲線作業(yè)時(shí)，大梁繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)。考慮到芯軸的重要性，根據(jù)成分檢測報(bào)告，并結(jié)合比較成熟的搗固裝置振動(dòng)軸加工工藝，最終選用42CrMo作為芯軸材料。

由于進(jìn)行了破壞性拆解，芯軸已被切割為幾段，無法復(fù)原，只能在各殘余段尺寸基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。拆卸芯軸后觀察表面磨痕，確定芯軸與大梁、芯軸與車體橫梁的配合關(guān)系：芯軸與車體橫梁為過盈配合，芯軸與大梁為間隙配合。

芯軸制造成本較高，因此制作假軸試裝，檢測車體芯軸孔上下兩段的同軸度，根據(jù)車體橫梁上芯軸孔直徑測量結(jié)果確定假軸為?80.02 mm。假軸在現(xiàn)場安裝時(shí)，與橫梁配合緊密，且安裝方便，說明假軸尺寸是合適的。因此確定芯軸與車體橫梁配合段為?80 mm，上、下偏差分別為0.06 mm、0.02 mm。后大梁芯軸孔為?80 mm，上、下偏差分別為0.15 mm、0.10 mm。芯軸組裝及施工情況表明，芯軸與車體橫梁、芯軸與大梁的尺寸配合關(guān)系設(shè)計(jì)合理，安裝方便，作業(yè)穩(wěn)定，安全可靠，既能保證按期完成生產(chǎn)任務(wù)，又確保了質(zhì)量。

2.4 法蘭部件焊接

法蘭部件連接前、后大梁，如果變形嚴(yán)重，前、后大梁將無法組裝，或者即使組裝起來，受焊接應(yīng)力的影響會(huì)造成前、后大梁扭曲，縮短使用壽命。

初始方案：先將2塊法蘭板加工至規(guī)定尺寸，各螺栓孔加工到位；接著用螺栓將2塊法蘭板固定為一體，將法蘭板依次焊接到前、后大梁上。 但問題是上法蘭部件與后大梁焊好之后會(huì)有殘余應(yīng)力，松開螺栓之后，連接板可能會(huì)發(fā)生翹曲變形，導(dǎo)致前、后大梁2塊連接板無法再進(jìn)行組裝或組裝后大梁發(fā)生扭曲。為減小焊接變形對大梁加工組裝的影響，提出了改進(jìn)方案，即將法蘭部件分別焊接到前、后大梁上，留出加工余量；焊后再機(jī)加工2個(gè)法蘭部件。由于法蘭部件留出了加工余量，所以前后工裝就有1個(gè)高度差(等于法蘭部件加工余量)，法蘭機(jī)加工后再消除此高度差重新進(jìn)行組裝。這樣即使法蘭板在焊接時(shí)有較大變形，也可在機(jī)加工時(shí)將其消除，保證了加工組裝精度。

2.5 大梁機(jī)加工

由于大梁各支腿哈夫不在1個(gè)平面上，若直接用哈夫支撐，其中1個(gè)支腿哈夫與支撐平臺(tái)有近5 mm間隙。原因是有些哈夫不是在半圓位置剖開，而是一半大，一半小，測量各哈夫?85 mm孔最高點(diǎn)，基本在同一高度。在各哈夫與支撐平臺(tái)間調(diào)整墊片，調(diào)至兩承壓板在同一水平高度，以此為基準(zhǔn)，銑法蘭板平面，余量約為 7 mm。

后大梁上的芯軸安裝孔與芯軸的配合精度較高，如果孔徑過大會(huì)造成大梁定位不準(zhǔn)，如果孔徑過小會(huì)造成安裝困難，甚至要返廠加工，所以要確保1次加工到位。并且此孔進(jìn)深較大，有400 mm，需要用到特殊加長鏜刀，如圖3所示。

圖3 鏜芯軸孔

鏜孔目標(biāo)尺寸為80 mm，上偏差為0.15 mm，下偏差為0.1 mm。鏜孔步驟：粗鏜67 mm；粗鏜75.5 mm；半精鏜79.5 mm；精鏜80 mm。

由于此芯軸孔分為上、下支撐盤2段，中部為矩形梁空腔，不需加工，所以在走刀時(shí)上、下支撐盤加工段慢進(jìn)慢退，中部不加工段快進(jìn)快退。粗鏜、半精鏜是周向2個(gè)刀片，直徑等于設(shè)定的鏜孔直徑，退刀時(shí)以與切削時(shí)相同的進(jìn)給速度旋轉(zhuǎn)退出，防止拉傷內(nèi)表面。精鏜刀周向只有1個(gè)刀片，所以精鏜退刀時(shí)，刀具停轉(zhuǎn)，先進(jìn)行角度定位(spos=45)，然后在徑向退0.2 mm，之后直接向上提升刀具。精鏜前余量為0.45 mm，分2步精鏜，每步先軸向試切8 mm，測量孔徑，確保正確后繼續(xù)精鏜。

2.6 大梁與車體組裝

為檢驗(yàn)新造大梁，首先進(jìn)行大梁與履帶框架的試組裝，順利配合后發(fā)往上海工務(wù)機(jī)械段，與車體進(jìn)行現(xiàn)場組裝。大梁組裝步驟為：(1)安裝偏心軸油缸、微調(diào)油缸、氣缸、履帶鎖緊銷等；(2)安裝后大梁到車體；(3)安裝芯軸，連接車體與后大梁；(4)組裝前大梁到后大梁。

后大梁的安裝順序?yàn)椋?1)后大梁吊到軌道上，調(diào)整對中，矩形梁下部用平臺(tái)支撐；(2)機(jī)車推動(dòng)車體朝大梁方向移動(dòng)；(3)撤掉矩形梁下部支撐，行車吊住大梁矩形梁端部；(4)繼續(xù)移動(dòng)車體至后大梁法蘭部件穿進(jìn)大梁孔；(5)撤去吊裝繩索，緩緩移動(dòng)車體至芯軸孔對齊。

組裝前大梁，假設(shè)車體長度方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閆軸(即芯軸軸線方向)，橫梁方向?yàn)閅軸。分別調(diào)節(jié)X、Y、Z方向，至前、后大梁法蘭板貼合，各螺栓孔對齊。X方向的調(diào)節(jié)，通過撬杠撬輪對緩慢移動(dòng)實(shí)現(xiàn)；Y方向的調(diào)節(jié)通過千斤頂實(shí)現(xiàn)；Z方向的調(diào)節(jié)通過升降臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

維修后的大梁經(jīng)過現(xiàn)場施工的檢驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。大梁維修工藝為后續(xù)開展相關(guān)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 何志超. 大修列車作業(yè)進(jìn)度與封鎖時(shí)間的探討[J]. 鐵道建筑，2004(11)：68-70.

[2] 陳其林，何榮華. 關(guān)于P95大修列車在小半徑曲線施工的探討[C]. 第十五屆粵、京、港、滬鐵道學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)第八屆世界軌道交通發(fā)展研究會(huì)年會(huì)論文集. 2011：307-312.□