浅谈不锈钢A型地铁车辆柔性化工装改造

浅谈不锈钢A型地铁车辆柔性化工装改造

王晓东  于卓民  邓凯峰

中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116000

摘  要不锈钢A型地铁，由于承载强度有很高的要求，因此钢结构部分设计结构复杂，焊缝大量增加，与国内传统项目区别很大。在生产初期工艺处于摸索阶段，原有工装不适用。本文不重复传统不锈钢车工装改造，只以太原地铁2号线为依托，针对不锈钢A型地铁特有难点采用了先进的设计理念，以易用性、实用性为研发基础目标，并在研发中引入柔性化工装设计理念。并通过车间实际生产证明各工装完全达到设计预期，简化了原有工装的作业步骤，减少了新车型前期准备工作，有效提高了车间的生产能力，并为该类工装设计问题提供了一套行之有效的解决方案。

关键词地铁车辆  A型不锈钢  焊接变形 工装改造

1 前言

随着近年来轨道交通行业的飞速发展，中国也将成为世界最大的城市轨道交通建设市场，近万亿元商机带来广阔的市场空间，受益最直接的就是车辆制造业，这给国内外轨道交通制造企业带来很大的商机。太原地铁二号线A型不锈钢车体为全自动无人驾驶车辆，是中车大连公司首次研发GoA4等级要求的全自动无人驾驶车辆，作为国内A型不锈钢地铁的代表。太原地铁A型车辆车体整体长宽尺寸较以往B型车辆有所增加，车间原有工装无法满足其生产需求，需对其进行改造升级，并对生产中暴露出的工装问题进行更改及纠正。

虽然不锈钢车体不仅具备更高的抗腐蚀性，而且运营维护成本较低，具有低碳环保、安全可靠、乘坐舒适等特点。但是不锈钢材料本身焊接容易变形，其材料特性有以下几个方面的特点：①奥氏体不锈钢热膨胀系数比碳钢大约40％，相对于碳钢，在同等输入热量的情况下，具有更大的变形量。②较低的热导率，约为碳钢的1／3。③奥氏体不锈钢电阻率是碳钢的5倍。④冷作硬化后能得到较高的屈服强度，并具有良好的塑性[1]。

2.基本设计结构

太原地铁2号线采用6节编组，不锈钢车体结构主要采用板梁组合整体承载全焊结构，车体钢结构由底架、侧墙、端墙、顶棚和司机室组成。车体采用模块化设计，其包括底架、侧墙、端墙、顶棚和司机室外罩组成等大部件，然后由这些大部件合成最终的车体钢结构。底架为加强承载，边梁加宽加厚，采用3层梁插接加强，边梁与主横梁之间部分采用弧焊连接，保证强度。

侧墙采用点焊方式，是地铁车辆、轻轨车辆不锈钢车体结构大量金属板构件间的主要连接形式，分布于车身各部位，数量达上万个。点焊结构的主要特点是结构紧凑、重量轻、强度高、耐腐蚀[2]。蒙皮采用2.0mm厚的X2CrNiN18-7高强钢，梁柱大量采用1mm板材冷弯成形，侧墙钢结构采用了0．8mm外板补强板，不同结构的梁、柱根据受力不同采用不同强度等级的不锈钢。

3.不锈钢A型地铁车辆柔性化工装改造设计难点与方案

太原地铁2号线较国内地铁车型结构变化很大，因此自生产开始，出现了很多问题，做了很多质量改善，对底架装配、顶棚装配、总装合成等关键工序提出了很多工艺措施。

3.1太原地铁2号线生产过程中存在的制作难点主要存在以下几方面：

（1）太原地铁2号线底架与常规地铁车型相比结构相对复杂，为加强强度由3层边梁组成，相互插接困难，对公差要求高；弧焊连接数量增加，变形量较大，采用传统工艺，焊后质量难以保证。

（2）顶棚采用全新的滑槽结构，虽然简化了内饰安装工艺，但滑槽高度随顶棚高度影响，不可调节，对钢结构提出更高要求；空调机长度加长，造成空调机重量较大，承重较大，设计采用了长的纵梁进行支撑，变形较大，保证直线度存在难度。

（3）总装过程中底架、侧墙、顶棚整体结构刚性加大，太原地铁2号线车体挠度控制是难点之一。车体轮廓的控制是限界的需求；车体断面尺寸影响内装件安装精度；结构刚性加大，车体断面尺寸调节困难，对各部件的精度要求加大，车体轮廓及断面尺寸的控制。

3.2太原地铁2号线柔性化工装改造的总体原则

（1）在保证质量前提下，降低各工装的机械复杂程度；

（2）增加生产线各工装生产支持范围，使其可以支持更长、更宽的部件生产工作；

（3）顶棚正反面共胎生产方案；

（4）生产作业方法与工装同步改进，简化生产难度，提高产品质量；

（5）工装改造需在原有基础上进行，最大限度利用原有工装基础。

3.3 太原地铁2号线柔性化工装改造方案

3.3.1顶棚正反合一工装改造方案

（1）支撑模块采取可调节方案，并在工装上设置定位装置，使其可以在两个高度间进行快速切换，适用正反面工装共线生产。

（2）同时适用正反面作业的拉带布置方案。

（3）两侧采取模块化工装方案，通过更换侧顶板支持模块快速在正反面工装间进行切换。

3.3.2底架组对工装改造方案

（1）增加工装长度以使其可以支持新车型长车身的生产工作。

（2）重新设计底架组对胎边梁组对工序定位机构，并结合生产作业方法变化，简化作业复杂程度，减少作业时间，新设计的边梁定位机构可以精准的定位边梁位置，提高成品质量。

（3）结合新的边梁定位机构，增加工装支持底架生产宽度范围。

（4）增加工装轨道，增加工装强度。

3.3.3总装工装测绘工装方案

（1）在总装工装框架上加装测绘轨道，一侧两条，共四条，单侧为上下布置，下轨道高度不高于侧墙起弧点高度。轨道上加装激光测距装置，使用时两侧上线激光测距装置同时运动，测量侧墙距测绘装置距离并传送至输出终端与预先计算好的尺寸进行比较，差额即为偏移量，通过偏移量即可准确得知此时总装尺寸精度情况。

（2）在上述轨道上加装垂直轨道，针对两端、门口处等需对车辆截面进行定点测量，使用时将两侧垂直轨道移至同一长度尺寸处，通过垂直轨道上的激光测距装置运动获得一系列坐标参数，根据一系列坐标参数所构建的点集，将各点连接即可得到测量截面，将此截面与图纸对比即可得知组对情况。

4. 结束语

本文通过对不锈钢A型地铁太原地铁2号线车体制造过程的分析，阐述了太原地铁2号线车体组焊工艺难点，提出工装结合工艺同步改进的操作方法、工装机械复杂程度简化方案、以及最大限度利用原有工装基础的改造方案以实现柔性化工装改造，可以推广至其他同类型改造项目。

参考文献

[1] 李波. 轨道车辆不锈钢车体变形分析及解决措施. 汽车与轨道交通.2012,12

[2] 周浩森．焊接结构设计手册[M]．北京：机械工业出版社1990．