孟加拉與CW-200K構(gòu)架附加氣室結(jié)構(gòu)和焊接工藝

畢越寬，石　華，柳士強(qiáng)，安　博，孫林祥

孟加拉與CW-200K構(gòu)架附加氣室結(jié)構(gòu)和焊接工藝

畢越寬1，石華2，柳士強(qiáng)1，安博1，孫林祥1

（1．唐山軌道客車有限責(zé)任公司轉(zhuǎn)向架新廠，河北唐山063035；2．唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心，河北唐山063035）

空氣彈簧取代搖枕作為轉(zhuǎn)向架的二系懸掛對客車提速、舒適度等性能發(fā)揮著重要的作用。介紹轉(zhuǎn)向架構(gòu)架附加氣室和空氣彈簧的作用，對比分析孟加拉和CW-200K型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架附加氣室的結(jié)構(gòu)，簡單分析二者焊接工藝的異同點(diǎn)。分析這兩種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架附加氣室主要的焊接失效部位，指出這兩種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架附加氣室在結(jié)構(gòu)和焊接工藝方面需要完善和優(yōu)化的地方。

構(gòu)架；附加氣室；空氣彈簧；焊接工藝

0　前言

客車轉(zhuǎn)向架的懸掛裝置一般分為一系懸掛、二系懸掛，國內(nèi)低速轉(zhuǎn)向架二系懸掛通常采用搖枕裝置，比如時(shí)速120 km/h的209P型轉(zhuǎn)向架。時(shí)速超過160 km/h的客車通常采用空氣彈簧代替搖枕組成作為二系懸掛。無搖枕結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、安全可靠、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于高速列車上?？諝鈴椈蓱?yīng)用于高速客車有利于提高車體的平穩(wěn)度和乘坐舒適性[1]。

配備空氣彈簧部件的轉(zhuǎn)向架都會(huì)帶有附加氣室，不同種類轉(zhuǎn)向架的附加氣室結(jié)構(gòu)和位置不盡相同。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的支撐骨架，由橫梁、側(cè)梁及附件構(gòu)成。附加氣室可以位于構(gòu)架內(nèi)部，也可以位于構(gòu)架外部。如CRH380BL動(dòng)車組的枕梁組成為附加氣室，位于構(gòu)架的外部。CW-200K構(gòu)架的附加氣室位于側(cè)梁內(nèi)腔，唐車公司自主研發(fā)生產(chǎn)的孟加拉構(gòu)架附加氣室位于橫梁鋼管內(nèi)，這兩種轉(zhuǎn)向架的附加氣室都位于構(gòu)架內(nèi)部。

1　空氣彈簧

空氣彈簧發(fā)明于19世紀(jì)中期，早期用于機(jī)械設(shè)備隔振，目前被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛等交通工具。我國自20世紀(jì)50年代開始對空氣彈簧進(jìn)行了較為系統(tǒng)和專業(yè)化的研究。目前，我國自主研發(fā)的空氣彈簧在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、使用性能等方面都取得了長足的進(jìn)步。

空氣彈簧的主要物理參數(shù)包括固有頻率、剛度、氣室容積、節(jié)流孔直徑、等效阻尼等[2]?？諝鈴椈梢话阌缮仙w板、橡膠氣囊、支撐座、下座、應(yīng)急彈簧及節(jié)流閥等部件組成。SYS580型空氣彈簧結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，車體通過搖枕或者直接坐落在空氣彈簧上，下座通過應(yīng)急彈簧坐落在構(gòu)架上，通過空簧導(dǎo)柱與構(gòu)架氣室聯(lián)通，橡膠囊形成的空氣室通過節(jié)流孔與附加氣室相連，附加氣室通過高度調(diào)整閥連接到列車供風(fēng)管。

1—上蓋板；2—橡膠氣囊；3—支撐座；4—橡膠堆；5—節(jié)流閥圖1　SYS580型空氣彈簧結(jié)構(gòu)

2　附加氣室作用

附加氣室可以增加空氣彈簧的總?cè)莘e，相關(guān)資料表明，在一定范圍內(nèi)增加附加氣室的容積能夠降低空氣彈簧的剛度[3]。車體的重量作用在空氣彈簧上，行車時(shí)空氣彈簧的壓力會(huì)不斷變化，空氣彈簧氣室空間會(huì)相應(yīng)的增減，所以空氣彈簧和附加氣室之間通過管路、節(jié)流孔連接會(huì)產(chǎn)生壓力差，空氣彈簧內(nèi)部的空氣會(huì)在空氣彈簧和附加氣室之間進(jìn)行交換，可以改變空氣彈簧的震動(dòng)特性。管路里有氣壓傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣彈簧的壓力變化參數(shù)。

3　附加氣室結(jié)構(gòu)組成

CW-200K為H型構(gòu)架，孟加拉為“日”字型，在構(gòu)架的前后方各增加一個(gè)端梁。CW-200K與孟加拉構(gòu)架的橫梁、側(cè)梁連接方式相似，都為插接形式。橫梁材質(zhì)都是進(jìn)口的無縫鋼管。

孟加拉附加氣室主要由橫梁鋼管構(gòu)成。如圖2所示，側(cè)梁兩端各有一個(gè)密封結(jié)構(gòu)，由氣室上蓋板、立板、下蓋板拼焊而成，在兩根橫梁鋼管伸出側(cè)梁的位置各開一個(gè)通氣孔（圖2方框位置），這樣兩根橫梁管和兩端的密閉空間通過通氣孔形成一個(gè)通路，構(gòu)成孟加拉構(gòu)架的附加氣室。在附加氣室的下蓋板和立板位置分別開設(shè)一個(gè)孔（圖3方框和圓圈處），與螺堵柱焊在一起，分別通過管路連接空氣彈簧和車體供風(fēng)缸?？諝鈴椈膳c構(gòu)架附加氣室的空簧導(dǎo)柱相連，構(gòu)架附加氣室與供風(fēng)裝置通過差壓閥座相連。

圖2　孟加拉構(gòu)架橫梁組成示意

圖3　孟加拉構(gòu)架附加氣室結(jié)構(gòu)示意

CW-200K構(gòu)架附加氣室位于側(cè)梁內(nèi)，由側(cè)梁上蓋板、下蓋板、立板、端部筋板拼焊而成，如圖4所示。側(cè)梁上蓋板、下蓋板各開設(shè)一個(gè)孔，分別與空氣彈簧和車體供風(fēng)缸相連。CW-200K構(gòu)架側(cè)梁組成內(nèi)焊接氣嘴座，氣嘴座與空氣彈簧相連接，氣嘴座的作用與孟加拉構(gòu)架的空簧導(dǎo)柱類似。

4　附加氣室焊接工藝對比分析

附加氣室對密封性要求較高，所以附加氣室的焊接尤為重要。兩種構(gòu)架的焊接參數(shù)如表1所示。

CW-200K構(gòu)架的側(cè)梁組成中上下蓋板與立板的四條長焊縫采用CLOOS機(jī)械手焊接，其余部位均采用手工焊接。孟加拉構(gòu)架橫梁組成中，橫梁鋼管與端帽采用OTC機(jī)械手焊接，其余部位采用手工焊接。CW-200K構(gòu)架的機(jī)械手焊接量要明顯高于孟加拉構(gòu)架。采用機(jī)械手焊接可以在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)最大限度的控制焊接變形，機(jī)械手焊接質(zhì)量穩(wěn)定，有利于達(dá)到焊縫的氣密性要求。這兩種構(gòu)架焊接后要求對氣室做800 kPa氣壓試驗(yàn)，30 min內(nèi)減壓不得大于5 kPa。氣室一般需要做兩次氣壓試驗(yàn)，分別在構(gòu)架整體熱處理前后進(jìn)行。這兩種構(gòu)架的附加氣室內(nèi)腔都需要做防腐處理，所以焊接后必須將氣室內(nèi)腔的焊接飛濺、鐵屑去除，否則會(huì)形成腐蝕隱患，鐵屑還容易引發(fā)空氣彈簧氣路堵塞。附加氣室的焊縫都需要進(jìn)行100％表面磁粉探傷，有焊透要求的需要進(jìn)行100％超聲波檢測。

圖4　CW-200K構(gòu)架側(cè)梁組成示意

表1　兩種構(gòu)架附加氣室焊接參數(shù)

結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致CW-200K構(gòu)架附加氣室焊接量要多于孟加拉構(gòu)架附加氣室，所以CW-200K構(gòu)架附加氣室的焊接更為困難。通過長期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生漏氣最多的位置處于側(cè)梁兩端的筋板處，見圖5a方框位置。立板與下蓋板的焊縫、筋板與立板的焊縫在此處形成三方向交叉焊縫，交叉處由于熱輸入大、焊槍可達(dá)性不好等因素造成此處焊接缺陷多，漏氣幾率增加。孟加拉構(gòu)架附加氣室的焊接難點(diǎn)位于空簧導(dǎo)柱與氣室上蓋板、側(cè)梁上蓋板位置。這個(gè)位置同樣涉及到三面焊縫重疊的問題，發(fā)生漏氣的幾率較大，見圖5b方框位置。兩種構(gòu)架橫梁組成與側(cè)梁組成的連接焊縫不僅起到連接承載的作用，同時(shí)又是氣室的密封焊縫。所以這條焊縫的焊接質(zhì)量非常關(guān)鍵。焊接難點(diǎn)在于坡口深，焊工在焊接時(shí)需要不停調(diào)整焊槍角度，對焊工的技術(shù)水平要求高。

圖5　CW-200K和孟加拉構(gòu)架附加氣室常見漏氣位置

在附加氣室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)盡量優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少焊接量，減少交叉焊縫數(shù)量，考慮焊接的空間位置和可達(dá)性。通過制定合理的焊接工藝減少附加氣室的返修量，提高附加氣室的使用性能。盡可能多地使用焊接機(jī)器人焊接關(guān)鍵焊縫，提高焊接質(zhì)量。確保點(diǎn)固焊質(zhì)量，多層多道焊接時(shí)控制層間溫度并及時(shí)清理焊縫，避免在交叉焊縫處引弧和熄弧等。通過采用合理有效的措施，構(gòu)架附加氣室的焊接質(zhì)量一定會(huì)有較大幅度的提升。

5　結(jié)論

（1）構(gòu)架上的附加氣室可以有效增大空氣彈簧的容積。

（2）CW-200K和孟加拉構(gòu)架附加氣室大大提升了空氣彈簧的使用效率，降低空氣彈簧的剛度和固有頻率。

（3）CW-200K附加氣室整體焊接質(zhì)量優(yōu)于孟加拉構(gòu)架附加氣室，但局部漏氣幾率要大于孟加拉構(gòu)架附加氣室。

（4）需優(yōu)化附加氣室的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，盡可能減少三面交叉焊縫結(jié)構(gòu)。優(yōu)化焊接工藝，避免在焊縫交叉處頻繁引弧和熄弧。

[1]袁春元，周孔亢，吳琳琪.車用空氣彈簧有限元分析方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45（6）：262-266.

[2]王家勝，朱思洪.帶附加氣室空氣彈簧力學(xué)特性參數(shù)試驗(yàn)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31（4）：408-411.

[3]李芾，付茂海，黃運(yùn)華.空氣彈簧動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，38（3）：33-36.

Analysis of the structure and welding process of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K Bogie

BI Yuekuan1，SHI Hua2，LIU Shiqiang1，AN Bo1，SUN Linxiang1
（1．Manufacturing and Technology Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China；2．Product&Tech.Research Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

It has many characteristics when air spring instead of bottom bolster becomes secondary suspension support of locomotive bogie，such as comfortable，high speed and so on.This paper introduces the function of auxiliary chamber and air spring，and analyzes the structure of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K bogie.The introduction is given about the different welding process between two bogies，and indicates that the structure and welding process of auxiliary chamber need to be improved.

bogie；auxiliary chamber；air spring；welding process

TG457.2

B

1001－2303（2016）01－0081-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.19

2014－12－23；

2015－11－02

畢越寬（1984—），男，吉林四平人，碩士，主要從事轉(zhuǎn)向架焊接工藝方面的工作。