淺談軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)

張 凡 李懷志

（沈陽(yáng)恒久安泰智能制造與機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)有限公司，沈陽(yáng)110000）

引言

目前在軌道車輛設(shè)計(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域中，如何在有效保障軌道車輛產(chǎn)品質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上提升其制造效率，縮短交付時(shí)間成為其急需攻克的重點(diǎn)問(wèn)題。因而有研究人員通過(guò)結(jié)合軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)，嘗試提出設(shè)計(jì)使用軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)方式，以有效達(dá)到控制軌道車輛制造成本，實(shí)現(xiàn)軌道車輛保質(zhì)保量完成生產(chǎn)制造的目的?；诖?，本文將通過(guò)初步探究軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)，并結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計(jì)效果以驗(yàn)證本文所提設(shè)計(jì)方案的有效性。

1 軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)

在軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，最為主要的兩大組成部分為門(mén)立柱以及側(cè)墻板，在其正面和反面均有兩條長(zhǎng)且直的焊縫。由于軌道車輛的車型不盡相同，使得不同型號(hào)的軌道車輛鋁合金側(cè)墻內(nèi)輪廓與外輪廓、焊縫的分布與數(shù)量以及側(cè)墻單元寬度等之間也存在著明顯差異，因此，在進(jìn)行軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，一直采取各項(xiàng)目獨(dú)立進(jìn)行的方式[1]。隨著近些年來(lái)客戶對(duì)軌道車輛設(shè)計(jì)制造需求的不斷多樣化發(fā)展，其對(duì)于軌道車輛制造質(zhì)量、交付時(shí)間等也提出了更為嚴(yán)苛的要求，因此，繼續(xù)使用傳統(tǒng)制造工藝顯然難以滿足客戶的多樣化需求。為此，需要盡快設(shè)計(jì)一種能夠?qū)⒏黜?xiàng)目進(jìn)行相互整合的方式，使其具有較高的通用性，盡可能減少工裝轉(zhuǎn)換頻次，進(jìn)而可以在有效提高軌道車輛產(chǎn)品柔性化制造程度低的基礎(chǔ)之上，也能夠達(dá)到同步提高軌道車輛生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平的效果。

2 軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)結(jié)合軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)，可知軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝指的就是側(cè)墻板以及門(mén)立柱的組焊工裝。旨在對(duì)焊接之后的側(cè)墻版以及門(mén)立柱進(jìn)行有效的變形控制。本文在進(jìn)行軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用的工作原理為，通過(guò)直接利用工裝上的4根橫梁及其周圍12個(gè)壓臂，在對(duì)側(cè)墻板以及門(mén)立柱焊縫進(jìn)行焊接形變控制時(shí)，運(yùn)用剛性固定法。但考慮到目前軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)組焊工裝當(dāng)中，大多選擇使用焊接固定的方式牢固連接其縱梁以及橫梁，因此使得各項(xiàng)目之間在短時(shí)間內(nèi)難以進(jìn)行有效切換[2]。因而針對(duì)這一點(diǎn)，本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇將這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有可移動(dòng)與可拆卸性能的鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)，即令軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝上的四根橫梁可以依照實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)自身位置，以此有效達(dá)到焊縫處壓緊絲杠位置隨機(jī)變動(dòng)的效果。從有效控制各個(gè)項(xiàng)目側(cè)墻板與側(cè)墻立柱的焊接變形，在有效保障軌道車輛各項(xiàng)目側(cè)墻單元得以順利完成生產(chǎn)制造的同時(shí)，使得側(cè)墻組焊工裝具有較高的柔性化制造特點(diǎn)。

從側(cè)墻單元弧度的角度出發(fā)，當(dāng)前軌道車輛鋁合金側(cè)墻可以被細(xì)分成鼓型車以及直型車等多種類型。以鼓型車為例，項(xiàng)目WHL4的側(cè)墻弧度為3°14＇，而項(xiàng)目ZZL1的側(cè)墻弧度則為11°07＇25＂。左側(cè)和下端定位塊以及壓臂等直接決定著側(cè)墻門(mén)立柱與側(cè)墻板定位，在直型車的側(cè)墻當(dāng)中，位于橫梁之上的墊塊厚度完全一致，而在鼓型車側(cè)墻中，橫梁上部和下部墊塊分別為長(zhǎng)方體與斜面角度等同于側(cè)墻弧度的斜面墊塊。通過(guò)采用本文的設(shè)計(jì)方式，使得墊塊與定位塊具有可拆卸性，在依照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程對(duì)其進(jìn)行定位后，螺旋絲桿結(jié)構(gòu)壓臂壓緊固定，而后在剛性固定作用下能夠有效對(duì)焊接變形進(jìn)行精準(zhǔn)控制，并且同時(shí)適用于直型車以及鼓型車對(duì)側(cè)墻單元的生產(chǎn)制造。

2.1 設(shè)計(jì)效果

在軌道車輛當(dāng)中各項(xiàng)目側(cè)墻結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度之間也存在明顯差異，如KMFT項(xiàng)目側(cè)墻板尺寸按照大、中、小分別為2342mm、1568mm以及704mm，而CSL2項(xiàng)目側(cè)墻板尺寸同樣按照大、中、小則分別為2342mm、1568mm以及392mm。WXL1項(xiàng)目側(cè)墻板尺寸則分別為2342mm、1388mm以及212mm。位于橫梁之上的墊塊與壓臂需在特定范圍內(nèi)才能作用于焊縫上，起到固定控制的效果。本文在對(duì)軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)縱梁上裝配帶腰型孔連接件與C型槽基本一致，裝配橫梁端部與縱梁連接配合連接件時(shí)則設(shè)計(jì)使用六角頭螺栓進(jìn)行牢固連接。進(jìn)而使得沿縱梁的縱向方向，橫梁可以實(shí)現(xiàn)自由滑動(dòng)，以達(dá)到對(duì)橫梁位置進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)的效果，進(jìn)而使得軌道車輛鋁合金各長(zhǎng)度側(cè)墻單元生產(chǎn)制造要求均可以得到有效滿足。

為有效檢驗(yàn)本文所提軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)方案是否具有較高的精準(zhǔn)性和有效性，需要對(duì)側(cè)墻單元的寬度、平面度等尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。在此過(guò)程中需要使用包括平尺和卷尺等在內(nèi)的專業(yè)測(cè)量工具。通過(guò)隨機(jī)對(duì)軌道車輛鋁合金側(cè)墻中選取五個(gè)測(cè)量位置，根據(jù)最終的側(cè)墻尺寸檢測(cè)結(jié)果顯示，其與標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求均完全相符。如1號(hào)測(cè)量位置的寬度標(biāo)準(zhǔn)為2860mm，允許誤差為±2mm，而采用該設(shè)計(jì)方案后其寬度值為2859mm。該測(cè)量位置的對(duì)角線要求為±2mm，設(shè)計(jì)后其對(duì)角線控制在±1mm左右，其輪廓度則為1.5mm。

3 軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)裝備發(fā)展

隨著當(dāng)前軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)需求的不斷擴(kuò)大，為了能夠有效滿足這一需求，目前在該領(lǐng)域也出現(xiàn)了許多相應(yīng)的柔性工藝裝備，為保障軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)效果提供了重要的幫助作用。比如說(shuō)在柔性化設(shè)計(jì)各側(cè)墻弧度的過(guò)程中，已經(jīng)有設(shè)計(jì)人員嘗試運(yùn)用基于電氣驅(qū)動(dòng)下各工位同步切換的技術(shù)，考慮到在軌道車輛產(chǎn)品當(dāng)中，車體端面形狀可能出現(xiàn)一定改變，因此在進(jìn)行軌道車輛產(chǎn)品側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)設(shè)置八個(gè)工位轉(zhuǎn)動(dòng)輥?zhàn)樱鞴の痪梢苑胖靡粋€(gè)形狀各異的側(cè)墻定位塊。一旦側(cè)墻外形輪廓出現(xiàn)相應(yīng)變化，此時(shí)只需啟動(dòng)切換按鈕，系統(tǒng)將會(huì)利用液壓裝置對(duì)工裝上全部轉(zhuǎn)動(dòng)輥?zhàn)舆M(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，從而使得各形狀側(cè)墻組焊工裝可以實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換[3]。

而在對(duì)軌道車輛鋁合金側(cè)墻長(zhǎng)度柔性化設(shè)計(jì)時(shí)，也有設(shè)計(jì)人員選擇通過(guò)使用廣義角度上的工裝模塊化設(shè)計(jì)法。即由定位卡緊模塊與基礎(chǔ)底座共同構(gòu)成工裝，而位于基礎(chǔ)底座之上的定位卡緊模塊能夠依照實(shí)際軌道車輛鋁合金側(cè)墻長(zhǎng)度，采用與之相對(duì)應(yīng)的定位卡緊模塊進(jìn)行不同距離組合，以達(dá)到自由調(diào)節(jié)位置的效果。此類柔性化工藝設(shè)備在軌道車輛當(dāng)中得到了初步運(yùn)用，并取得了一定的應(yīng)用效果。相信隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平以及制造工藝的不斷提升，未來(lái)還將出現(xiàn)更多自動(dòng)化、智能化、信息化的柔性工藝裝備，可以更好地完成軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的分析研究可知，通過(guò)將軌道車輛鋁合金側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有可移動(dòng)與可拆卸性能的結(jié)構(gòu)，使得軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝上橫梁能夠立足具體需求靈活調(diào)節(jié)自身位置，不僅可以有效達(dá)到實(shí)現(xiàn)軌道車輛產(chǎn)品柔性制造的效果，同時(shí)對(duì)于控制軌道車輛產(chǎn)品生產(chǎn)成本、加快各項(xiàng)目切換效率等也具有積極的幫助作用。并且在積極運(yùn)用基于電氣驅(qū)動(dòng)下各工位同步切換技術(shù)等相關(guān)先進(jìn)技術(shù)下，也先后出現(xiàn)了眾多有助于軌道車輛鋁合金側(cè)墻組焊工裝柔性化設(shè)計(jì)的工藝裝備，同樣也為該項(xiàng)設(shè)計(jì)工作提供了巨大便利。