CHA3A1外走廊内燃机车顶盖用柔性通用焊接工装设计的关键技术研究

CHA3A1外走廊内燃机车顶盖用柔性通用焊接工装设计的关键技术研究

范芷彰

中车大连机车车辆有限公司 大连 116000

摘  要  本文通过研究CHA3A1外走廊内燃机车各个功能室的7种顶盖特点，并结合工作经验，将该机车的几种顶盖归纳分为3类，利用柔性通用工装平台合理布局，采用模块化设计技术，以模块间的通用性和互换性为基础，为CHA3A1外走廊内燃机车顶盖设计焊接工艺工装。

关键词  外走廊内燃机车  顶盖  工装设计  柔性通用平台  模块化

1  前言

在铁路机车车辆车体焊接的制造中，焊接工艺工装的优劣对产品质量和生产效率起到非常重要的作用。近年来我司研发试制多种车型，生产每种车型所需各部件的焊接工艺工装投入很大，使制造成本上升。因此，为提高焊接工艺工装的经济性，在各部件设计焊接工艺工装时，应尽可能考虑同类车型同类部件的焊接工装通用，或单一类别车型同类部件的焊接工装通用。

2020年生产的CHA3A1外走廊内燃机车（以下简称CHA3A1型机车），由于批量较大，工期紧张，没有整体组对工装，原有组焊工艺无法满足实际生产。为了满足降低工装制造成本、缩短工装准备周期、大幅度提高组焊生产效率的需求。本文通过研究CHA3A1型机车各个功能室的顶盖特点，并结合工作经验，将该机车的几种顶盖归纳分类，利用柔性通用工装平台合理布局，采用模块化设计技术，以模块间的通用性和互换性为基础，为CHA3A1型机车顶盖设计焊接工艺工装。

2  技术难点

CHA3A1型机车为外走廊内燃机车，其司机室、动力室、冷却室、储能室等各个功能室之间的顶盖结构均有不同，且种类多数量多，为CHA3A1型机车顶盖焊接工艺工装的通用设计带来了不小的难题。

3  设计方案制定

3.1  各功能室顶盖分类

首先，对比分析CHA3A1型机车各个功能室顶盖的结构，将各顶盖分为a、b、c，3类，如图1所示。

图1[a:司机室顶盖,b:操纵室顶盖(一)、操纵室顶盖(二),c:储能室顶盖、司机室后墙顶盖、操纵室顶盖(三)、动力室顶盖]

3.2  选择柔性通用工装平台

已知现有柔性通用工装平台：TY-PT-100（组对平台A型），尺寸为2400mm×3600mm；TY-PT-200（组对平台B型），尺寸为2400mm×2400mm。根据A类顶盖、B类顶盖尺寸，为其选取TY-PT-100（组对平台A型）作为工装平台；C类顶盖中动力室顶盖长度最长为4700mm，选取2个TY-PT-200（组对平台B型）拼接后作为工装平台。

3.3  模块化设计

CHA3A1型机车顶盖焊接工艺工装的模块主要包括:限位压紧翻转装置模块和蒙皮曲面限位装置模块,如图2所示。

蒙皮曲面限位装置模块在设计过程中需研究3类顶盖外形曲面的结构特点，并考虑到3类顶盖组对时均采用反向组对的方式。由于曲面是由无数条曲线连接组成的，将曲面蒙皮近似的简化为多条纵横交错的曲线，再把曲线相互连接构成蒙皮的曲面。在三维软件中建模后找出蒙皮曲面，并在曲面上取横纵相交且投影平面相互垂直的几条曲线，以这些曲线为基础构建出蒙皮的限位板、限位梁，拼接装配后得到a、b、c三种蒙皮曲面限位装置。

图2[f:限位压紧翻转装置,a:蒙皮曲面限位装置,b:蒙皮曲面限位装置,c:蒙皮曲面限位装置]

3.4  顶盖焊接工艺工装布局

A类、B类顶盖可以直接试用于TY-PT-100（组对平台A型）平台，结合对焊接变形的预测合理布局限位顶档、压紧翻转装置、蒙皮曲面限位装置的位置，完成a类司机室顶盖组焊工装，b类操纵室顶盖（一）组焊工装、操纵室顶盖（二）组焊工装设计，如图3所示。

图3[a:司机室顶盖组焊工装,b:操纵室顶盖(一)组焊工装、操纵室顶盖(二)组焊工装]

C类顶盖共4种，蒙皮外形基本相同，长度尺寸各异，其中储能室顶盖、司机室后墙顶盖、操纵室顶盖（三）相加后为2807mm，小于动力室顶盖4700mm。考虑要将4种顶盖工装布置于4800mm长的2个TY-PT-200（组对平台B型）拼接的一块工装平台上，需要将三个长度较短的顶盖工装以子工装的形式参与动力室顶盖工装的设计排布中，如图5a所示。再设计出长度为946.5mm的蒙皮曲面限位装置，将此限位装置排布于3个顶盖子工装两两之间，使得5个装置共同组成长度为4700mm的动力室顶盖工装，如图4b所示。如此可使C类4种顶盖布局在一块柔性通用平台上，并形成了一套工装系统，各个子工装间的配件通用度极高，工装亦可满足3种顶盖同时组焊。

图4[a:图中由左至右分别为储能室顶盖组焊工装、司机室后墙顶盖组焊工装、操纵室顶盖(三)组焊工装,b:动力室顶盖组焊工装]

4  结语

1、利用两种柔性通用平台，采用模块化设计技术完成适用于同一车型中多种类多数量的顶盖组焊工艺工装的设计工作，大幅度地提高了设计效率，且降低了工装制造和管理成本。

2、将CHA3A1外走廊内燃机车的多种多个顶盖归纳为A、B、C三类，实现同类工装配件之间的高通用度，节省工装材料费用，缩短工装生产周期，生产时减少换胎频次提高工作效率。

3、采用模块化设计技术设计限位压紧翻转装置模块、蒙皮曲面限位装置模块，通过调整各模块的位置，来适用顶盖的不同结构、不同外形尺寸，模块化技术使该工装成为具有高自由度、高适应性的工装系统。

参考文献

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[2]  李西宁,胡匡植,李维亮,等.飞机数字化柔性装配工装技术[J].航空制造技术,20013(12):40-43．

[3]  胡匡植.数字化柔性装配工装快速设计技术[D].西安:西北工业大学,2014．

[4]  张磊.模块化设计在客车车身设计中的应用研究[D].长春:吉林大学,2013．