一種構(gòu)架側(cè)梁焊接反變形的自動化校直整形設(shè)備優(yōu)化設(shè)計研究

江光宜

(武漢中車電牽科技有限公司，湖北 武漢 430000)

構(gòu)架側(cè)梁一般用作承力件，其焊接質(zhì)量直接關(guān)系到構(gòu)架所承載系統(tǒng)的可靠性。為了保證焊接強度，焊縫必須達到一定的長度和寬度，而焊縫過長會使熱影響區(qū)變大，母材的變形會隨之變大，且厚板件大多是高強板，變形抗力大，焊接形成的變形在焊接后很難矯正定形，焊接變形可影響側(cè)梁在構(gòu)架上進行組裝定位，進而導致整個構(gòu)架發(fā)生變形。因此，提升側(cè)梁的焊接質(zhì)量，控制焊后變形是機車車輛運行安全的必要保障。車輛構(gòu)架側(cè)梁作為典型的大長寬比零件，具有焊縫長、板料厚、板材強度高等特點，再加上軌道交通車輛箱梁結(jié)構(gòu)焊接后工藝要求較高，例如，一般構(gòu)架平面度要求控制在2mm/2m 內(nèi)，平行度控制在1.5mm/2m 內(nèi)，翹曲度控制在3mm/3m 內(nèi)。車輛構(gòu)架的側(cè)梁作為典型的大長寬比零件，具有焊縫長、板料厚、板材強度高等特點，在自由狀態(tài)下進行焊接，焊件幾何尺寸很難保證。目前，行業(yè)基本采用焊接后進行調(diào)修，包括火調(diào)修、冷壓調(diào)修，進一步也采用組對焊接過程中預壓反變形工裝控制，但在實際應(yīng)用中，焊接工藝路線只適用于傳統(tǒng)手工或半自動焊接模式，針對全流程自動焊接工藝路線無法滿足。因此，需要在側(cè)梁零部件點固后進行反變形整形預壓工藝。

1 現(xiàn)有反變形預壓設(shè)備模式分析

矯直整形設(shè)備是軌道交通內(nèi)的一種常用設(shè)備，由于中厚板焊接經(jīng)過探傷檢驗質(zhì)量沒問題，但外形尺寸會超差，給后續(xù)工件裝配造成困難，進而影響整機性能，所以，必須經(jīng)過矯直才可以滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，由此可見，這道工序必須有專門的設(shè)備來保證，在焊接輔助裝備領(lǐng)域為重要的裝備。如圖1，這是一種比較老式的做法，用于反變形的立柱是固定式，會出現(xiàn)壓制位置不理想，吊裝工件需將千斤頂及上部橫梁移開，且需要人工采用扳手擰緊千斤頂比較費時費力，調(diào)整起來相當麻煩；圖2 和圖3 是在圖1 的基礎(chǔ)上，采用龍門+ 高壓千斤頂，可以沿軌道前后移動，使吊裝工件變得輕松，千斤頂在龍門軌道上左右移動，使千斤頂可以壓制在更合理的位置，略微不足是采用手動前后移動龍門和左右移動千斤頂，當壓制工件的壓力需要足夠大時，龍門將會變得比較笨重，人工強度大；人工操作手動泵施壓也會比較費力費時。對于像工程機械、軌道交通等重工行業(yè)的大工件，目前，都還完全沒有降低操作人員的勞動強度，隨著科技的發(fā)展，自動化設(shè)備的常態(tài)化，這一重要工序的設(shè)備迫切需要改進提升。

圖1 不可前后左右上下校直整形設(shè)備

圖2 前后左右手動校直整形設(shè)備

針對現(xiàn)有反變形預壓設(shè)備模式分析，上述設(shè)備的技術(shù)采用焊接技術(shù)領(lǐng)域反變形，通過設(shè)計專用的反變形組對焊接工裝及增加焊接后液壓千斤頂調(diào)修設(shè)備，需解決以下問題：

（1）針對每款產(chǎn)品都需設(shè)計特定的帶有預制反變形的組對和焊接工裝，且預壓反變形系統(tǒng)需采用液壓方式，工裝成本高，適用于單一產(chǎn)品。

（2）焊接變形后，產(chǎn)品的校直需整形省時省力，快速檢測出是否校直合格，讓產(chǎn)品質(zhì)量得以提升并降低校直整形的難度。

（3）在采用對于機械手自動焊接工藝，隨行的焊接工裝采用液壓系統(tǒng)對接口和防油漏要求極高，因此，該方法只適用于手工焊接。

圖3 前后左右手動校直整形設(shè)備

2 箱梁件焊接變形后的自動化校直整形設(shè)備設(shè)計要點

（1）該自動化校直整形設(shè)備，可兼容多種產(chǎn)品柔性化預壓工裝，可以適應(yīng)多種產(chǎn)品。

（2）自動化校直整形設(shè)備需省時省力，能快速校直，降低校直難度。

（3）自動化校直整形設(shè)備需機、電、液等一體化集成，自動化程度高，適用于手動焊接工藝和機械手自動焊接工藝。

3 箱梁件焊接變形后的自動化校直整形設(shè)備設(shè)計方案

如圖4 為本自動化校直整形設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖：由三部分組成，分別是工裝主體平臺結(jié)構(gòu)、龍門上體結(jié)構(gòu)、龍門下體結(jié)構(gòu)。其特點在于：

（1）工裝主體平臺結(jié)構(gòu)組成示意如圖5：由下列101 主體平臺結(jié)構(gòu)件、102 齒條、103 軌道1 組成，主體平臺結(jié)構(gòu)件采用鑄造或鋼結(jié)構(gòu)件制作，四周及上下面采用機加工，保證尺寸精度，在本體左右兩側(cè)分別安裝專用軌道1 和齒條，為龍門下體在軌道上前后移動。

圖4 自動化校直整形設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 工裝主體平臺部件結(jié)構(gòu)示意圖

（2）龍門下體結(jié)構(gòu)組成示意如圖6：由下列龍門下體結(jié)構(gòu)件、減速電機1、同步軸、齒輪、電動液壓站、滾輪1 等組成，龍門下體結(jié)構(gòu)件有優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)拼焊去應(yīng)力加工而成。

（3）龍門上體結(jié)構(gòu)組成示意如圖7：由下列龍門上體結(jié)構(gòu)件、減速電機2、絲桿、高壓千斤頂、滾輪2、軌道2 等部件組成，龍門下體結(jié)構(gòu)件有優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)拼焊去應(yīng)力加工而成，保證與龍門下體結(jié)合面及軌道2 安裝面的尺寸精度。高壓千斤頂安裝板與4 只滾輪2 固定一起，軌道2 安裝與龍門下體結(jié)構(gòu)下側(cè)，然后，將滾輪2 放置于軌道內(nèi)。絲桿穿過高壓千斤頂下部安裝板，由電機驅(qū)動高壓千斤頂在滾輪2 的作用下，沿軌道2 左右移動。

（4）龍門下體結(jié)構(gòu)組裝與工裝主體平臺結(jié)構(gòu)進行組裝，滾輪1 放置于滾道1，調(diào)整齒輪與齒條嚙合間隙，確保龍門下體可以沿工裝平臺結(jié)構(gòu)件兩側(cè)軌道前后移動平順無異響。龍門上體結(jié)構(gòu)與龍門下體結(jié)構(gòu)通過螺栓及本體上的倒鉤進行連接，前后運行通暢，放置工件在龍門內(nèi)側(cè)型腔，可以通過減速電機2 調(diào)整液壓千斤頂?shù)淖笥乙苿游恢?。將高壓千斤頂與電動液壓站由管路相連，通過電器控制箱的按鈕進行操作減速電機1、減速電機2、電動液壓站進行工作。整體集成度高。

圖6 龍門下體部件結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 龍門上體部件結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

通過對構(gòu)架側(cè)梁焊接變形的分析可得出，使用新型自動化校直整形設(shè)備后，可以省時省力完成工件的校直整形，在構(gòu)架側(cè)梁焊接時，采用預設(shè)反變形壓力、制定合理的焊接反變形預壓工藝流程，可以保證構(gòu)架側(cè)梁平面度控制在2mm/2m內(nèi)，平行度控制在1.5mm/2m 內(nèi)，翹曲度控制在3mm/3m 內(nèi)，滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。從而提高了產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率，減少了返工次數(shù)。同時，兼顧了產(chǎn)品的柔性化，在整體上降低了生產(chǎn)成本。