鐵路客車車體側(cè)墻平面度調(diào)平工藝研究應(yīng)用

杜 亮 王 濤 孫大森 李大鵬

（1．中車四方車輛有限公司，山東 青島 266000；2．中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司青島機(jī)車車輛監(jiān)造項(xiàng)目部，山東 青島 266111）

0 引言

鐵路客車（以下簡稱客車）是旅客運(yùn)輸?shù)闹匾夹g(shù)裝備，為使其在運(yùn)營中保持性能良好、安全可靠，必須定期進(jìn)行檢修?？蛙噺S修（A4、A5 級檢修）的任務(wù)是全面恢復(fù)其基本性能，使客車能夠安全舒適地運(yùn)送旅客[1]?？蛙嚱?jīng)過長時間的運(yùn)行，車體鋼結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，同時客車在運(yùn)行過程中受到碰撞、震動以及內(nèi)部殘余應(yīng)力等的作用，在客車外墻上會產(chǎn)生各種變形，車體外墻變形會嚴(yán)重影響車輛狀態(tài)且存在一定的安全隱患。新的《鐵路客車外墻板檢修技術(shù)條件（試行稿）》，針對客車檢修的側(cè)墻平面度提出了更高的要求，該技術(shù)條件中細(xì)化了檢修客車外墻板平面度的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。新要求規(guī)定，車輛檢修時，側(cè)墻板平面度超過5 mm/m 以上的，需調(diào)平至3 mm/m 以內(nèi)，以保證車體檢修質(zhì)量，確保車輛安全運(yùn)行。

由于客車車體是車輛承載的重要部件之一，且對車輛的外觀質(zhì)量要求嚴(yán)格，為保證客車車體的側(cè)墻平面度和車體檢修質(zhì)量，提升車體檢修車體側(cè)墻平面度調(diào)平質(zhì)量及生產(chǎn)效率，該文主要通過選取檢修客車車體側(cè)墻上的板材作為實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行熱控形模擬實(shí)驗(yàn)，選擇不同的加熱溫度、加熱布局以及加熱順序進(jìn)行預(yù)加熱，研究不同預(yù)加熱條件下試板4 條邊的平均受力情況，同時結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用，確認(rèn)最佳加熱溫度、加熱布局及加熱順序。通過優(yōu)化車體側(cè)墻調(diào)平工序前工序（車體側(cè)墻噴丸工序及側(cè)墻板挖補(bǔ)截?fù)Q工序）的工藝方法，提升鐵路客車車體檢修的工藝水平、檢修質(zhì)量及檢修效率。

1 熱控形模擬實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

該實(shí)驗(yàn)選取的實(shí)驗(yàn)材料為Q295 低合金高強(qiáng)鋼板材，實(shí)驗(yàn)板材尺寸規(guī)格為570.0 mm×448.0 mm×2.5 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 加熱溫度

一般熱矯形的溫度為750℃左右，因此結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，在模擬過程中，分別設(shè)置650℃、750℃、850℃ 3 種溫度條件進(jìn)行預(yù)加熱實(shí)驗(yàn)，分析在不同加熱溫度下實(shí)驗(yàn)板材各邊的平均受力情況，進(jìn)而得出最佳加熱溫度。

1.2.2 加熱布局

首先模擬了常規(guī)加熱條件下的常規(guī)布局，火焰加熱斑點(diǎn)直徑取10 mm，相鄰加熱斑點(diǎn)間距為80 mm，然后在該布局的基礎(chǔ)上，選擇在加熱斑點(diǎn)之間的殘余應(yīng)力薄弱的位置繼續(xù)加熱，得到新的菱形布局。

1.2.3 加熱順序

對于常規(guī)加熱布局及菱形加熱布局，實(shí)驗(yàn)設(shè)置了從試件一端到另一端的加熱順序1，以及從中間向四周加熱的順序2，比較分析不同加熱順序?qū)τ趯?shí)驗(yàn)板材各邊預(yù)應(yīng)力大小的影響，如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)加熱布局及加熱方式

在模擬過程中，對每個加熱點(diǎn)加熱5 s，水冷3 s 使最高溫度降至140 ℃左右。全部加熱完后，自然冷卻600 s 至接近室溫，最后對每塊板的橫邊進(jìn)行y軸方向的受力分析，豎邊進(jìn)行x軸方向的受力分析，進(jìn)而得出不同加熱溫度、不同加熱布局及不同加熱順序下實(shí)驗(yàn)板材各邊的平均受力情況，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 條豎邊AB、CD 所受的拉應(yīng)力沿坐標(biāo)方向整體趨勢相同，兩條橫邊BC、AD 所受的拉應(yīng)力沿坐標(biāo)方向整體趨勢也相同。表1～表4 為實(shí)驗(yàn)試板在不同加熱條件下試板各邊所受拉應(yīng)力的平均值。

表1 常規(guī)加熱順序試板豎邊平均拉應(yīng)力

表2 菱形加熱順序試板豎邊平均拉應(yīng)力

表3 常規(guī)加熱順序試板橫邊平均拉應(yīng)力

表4 菱形加熱順序試板橫邊平均拉應(yīng)力

從表1～表4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，加熱布局、加熱順序相同的情況下，溫度越高，4 條邊所受的拉應(yīng)力越大，但是考慮到實(shí)際加熱過程中的經(jīng)濟(jì)性以及高溫條件下材料的燒損，推薦加熱溫度為750℃；加熱布局及加熱溫度相同的情況下，順序2 相比順序1，應(yīng)力水平在BC、AD 邊上表現(xiàn)出優(yōu)越性，這2 條邊所受的拉應(yīng)力更大，因此順序2 條件下進(jìn)行加熱更好；加熱順序及加熱溫度相同時，菱形布局條件下試板所受的拉應(yīng)力接近常規(guī)布局下的一倍，因此菱形布局優(yōu)于常規(guī)布局。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)得出檢修車體側(cè)墻平面度調(diào)平最優(yōu)加熱方案為：750℃加熱溫度、菱形加熱布局、從中間向四周加熱（順序2）。

2 生產(chǎn)應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，結(jié)合上述熱控形模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，檢修車體側(cè)墻調(diào)平時采用750℃加熱溫度、菱形加熱布局、從中間向四周加熱的加熱方式進(jìn)行加熱調(diào)平，如圖2 所示。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，采用該加熱方式，車體側(cè)墻調(diào)平效果顯著，調(diào)平效率也得到大幅提升，調(diào)修后車體側(cè)墻平面度均在工藝要求范圍內(nèi)，滿足《鐵路客車廠修規(guī)程》（試行）的檢修質(zhì)量要求。

3 車體側(cè)墻調(diào)平前工序工藝優(yōu)化

3.1 噴丸工藝優(yōu)化

《鐵路客車廠修規(guī)程》（試行）要求清除車體內(nèi)、外部外露部分銹垢及狀態(tài)不良的涂層[1]。對待檢修的車體進(jìn)行噴丸處理，可以有效地除去車體表面的銹垢，保證檢修質(zhì)量，但噴丸過程會對車體側(cè)墻薄弱部位造成變形，影響車體側(cè)墻平面度，因此提出對車體噴丸工序進(jìn)行工藝優(yōu)化。優(yōu)化后的噴丸工藝嚴(yán)格控制噴射角度（不超過45°）、噴槍槍嘴與車體的垂直距離（400 mm～600 mm）及恰當(dāng)?shù)耐枇吓浔龋ㄤ摻z丸∶鑄鋼丸為1 ∶2），通過工藝優(yōu)化，可以有效避免車體因噴丸造成的車體變形，大大降低了后工序車體墻板調(diào)平工序的調(diào)平難度及調(diào)平時間，進(jìn)而提升了車體檢修質(zhì)量及檢修效率。

圖2 車體檢修車體側(cè)墻調(diào)修應(yīng)用

3.2 車體側(cè)墻切割工藝優(yōu)化

《鐵路客車廠修規(guī)程》（試行）要求車體檢修時鋼結(jié)構(gòu)各梁及側(cè)墻立柱、蓋板銹蝕深度超過原形厚度的30%時，需焊修、挖補(bǔ)、截?fù)Q或更新[1]，因此，檢修車輛在車體調(diào)平工序前，須對車體腐蝕超標(biāo)的鋼結(jié)構(gòu)各梁及側(cè)墻立柱、蓋板進(jìn)行挖補(bǔ)或截?fù)Q。車體檢修挖補(bǔ)、截?fù)Q工序工藝優(yōu)化前，采用火焰切割進(jìn)行挖補(bǔ)、截?fù)Q，由于火焰切割時火焰切割熱輸入量較大，極易造成切割部位及其周邊部位發(fā)生變形，為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，對車體側(cè)墻板切割工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用等離子切割替代火焰切割，降低切割熱輸入量，減少側(cè)墻板變形，進(jìn)而提升車體檢修質(zhì)量及檢修效率。

4 結(jié)論

通過熱控形模擬實(shí)驗(yàn)，同時結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用得出，車體側(cè)墻調(diào)平時，加熱溫度750℃為最佳加熱溫度，加熱方式采用菱形加熱布局，從中間向四周加熱的加熱順序?yàn)樽罴鸭訜岱绞?，加熱調(diào)平效果最優(yōu)；通過對車體檢修拋丸工藝優(yōu)化并經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證得出，檢修車體噴丸時，噴射角度不超過45°、噴槍槍嘴與車體的垂直距離在400 mm～600 mm、丸料配比鋼絲丸：鑄鋼丸為1 ∶2 時，噴丸效果最佳，可有效避免因噴丸造成的車體變形，進(jìn)而為后工序車體調(diào)平降低調(diào)平難度，提升車體調(diào)平質(zhì)量及調(diào)平效率；采用等離子切割替代火焰切割，可有效降低切割熱輸入量，減少側(cè)墻板變形，進(jìn)而提升車體檢修質(zhì)量及檢修效率。