铁路货车车体组装线侧墙组装装置设计

铁路货车车体组装线侧墙组装装置设计

张磊

中车沈阳机车车辆有限公司 辽宁 110000

摘要：介绍了铁路货车生产线侧墙组装的设计方案、组成及主要特点。通过柔性化设计，提高了侧墙组装装置的适应性和效率。

关键词：货车；车体；侧墙；组装装置

随着现代化和科技的发展，对重载、安全、高速的要求越来越高，轻量化车身的设计显得尤为重要。减轻车辆重量是我国货车最有效的途径之一，也是铁路货车的发展方向。货车是铁路运输的重要组成部分，可分为特种货车和普通货车。随着重载、高速铁路运输的快速发展，新材料、新工艺、新技术出现了新的大吨位货车。这凸显了对新车车架制造的更高要求。目前，制造业主要采用单台天车吊装进行侧侧墙组装和调整。侧墙两端的高度和截面调整困难，难以提高侧墙的连接效率；另一方面，起重设备的使用时间较长，影响了相对零件的生产。

1. 我国铁路货车车体材料的发展

钢材是我国货车的主要材料。上世纪60年代，由于钢材短缺，长期使用Q235普通碳钢，没有统一的规格和尺寸标准，导致大量钢材焊接。所以设计图纸经常需要修改。图为09Mn2系列钢，上世纪80年代后略有改型。屈服强度级别为295MPa和345MPa的耐候钢广泛应用于货车上，我国钢铁工业发展迅速。进入21世纪，出现了一系列屈服强度级别为400MPa、450MPa、500MPa和550MPa的高强度钢。450 MPa改性钢极大地提高了铁路设备的性能，为提高货车负荷奠定了良好的基础，总的来说，近年以来，我国铁路货运设备的开发和应用发展迅速。经过三次升级改造，提高了技术水平，满足了载重要求。提高货车载重和速度的最有效途径是设计轻型货车。如果货车载重超过70吨，车身重量将减轻4吨左右，但其使用寿命仍为25年。为了满足设计要求，对汽车用钢提出了更高的要求。

1. 耐候钢。耐候钢又称耐大气腐蚀钢，1990年我国引进了一种新型铁路车辆用耐候钢。近几十年来，耐候钢已成为我国铁路货车车身的主要结构材料。与普通Q235碳钢相比，涂层工艺有了很大的改进，整车出厂维修时间满足了高速重载的要求。新开发的70t及以上货车设计使用年限为25年，对结构钢材料要求高。分别为450MPa、500MPa和550MPa屈服强度级别。450MPa和Q450NQR1高强度钢被广泛应用于70t和80t卡车的生产中，以满足车身钢板需求的减少，并为其使用创造条件。与低碳钢相比，耐大气腐蚀钢的主要特点是铜、磷含量高，耐蚀性大大提高。一般认为其使用寿命是可能的。耐腐蚀钢不是不锈钢。其耐蚀性主要是经过一定时间的腐蚀后形成稳定的腐蚀层，能抵抗大气和有害离子的腐蚀。为了提高耐腐蚀性，从道路运输的角度来看，它可能受到温度、湿度、降雨、空气污染和不稳定环境的影响。车辆内部可能会受到货物装载的影响。工厂维护期间可能会发生挖补或者截换

2.铝合金。铝合金具有质量低、耐腐蚀性好等优点，对减轻汽车重量起着重要作用。如生产的C80铝合金外壳为5083H321，型材为6061T6。两种铝合金的屈服强度与Q235钢相近。铝合金材料的目标约为三分之一，这有助于减轻车辆重量。但要记住，铝合金约占钢材的三分之一，由于其重量轻、强度低，不适合作为结构的主要支撑。铁路货车的主要承重结构一般采用高强度耐候钢。铝合金与耐候钢用铆钉连接而不是焊接。国外在汽车制造中使用铝合金的例子很多，但铝合金和耐高温钢的转售需求以及铝合金材料的高成本在一定程度上制约了铁路货车的制造。

3.铁素体不锈钢。太原钢铁股份有限公司率先开发了不锈钢，又称经济型不锈钢，主要通过降低铬和镍的成分，主要成分分别为10.5%和20%。奥氏体不锈钢的耐蚀性为18%，低于奥氏体钢。然而，不锈钢的耐蚀机理不同于耐蚀钢，不锈钢的强度和焊接工艺也不同于耐候钢。

二、慨况

该车身组装生产线用于汽车车身的组焊。代表产品有C70E、L70、C32型。根据灵活性和兼容性原则，可以满足C80B型敞车的生产、KM70漏斗车、80t敞车、FMG矿石车等，生产能力14辆/天敞车，8辆/天漏斗车。侧墙组装是生产线中最重要的工位。主要完成车辆底盘、端墙、侧墙的布置。为保证拼装钢结构的整体尺寸及各构件的相对位置符合图纸和技术要求，主要生产型号的技术数据如下：车体长度为9000~16500mm；宽度2900-3400mm；该车最大高度为4400mm，主要生产方式为C70E型和L70型。C70E型普通敞车的主体结构包括端墙、侧墙、底盘和转向架（见图1），L70漏斗车的主体结构包括车顶、端墙和侧墙。车架和转向架，其他型号的结构基本相同。

图1 C70E型通用敞车结构示意图

三、方案设计

1.分析主要难点。生产线是改造工程，工业建筑陈旧，不够天车高度，天车难以将侧壁提升到组装站；现场作业面积小，设备基地布置困难；此外，不同型号的尺寸差异很大，兼容性也很差。

2.分析方案。经过多次审查和讨论，决定侧墙固定设计为双可活动门和夹紧装置四个，具有相对较多的功能和侧墙吊运单元。升降走台的设计目的带夹紧装置，提供简单的结构，制造成本低。

3.主要组件。(1)侧走平台的组成。既有侧走平台采用液压升降，容易漏油，污染严重，设计方案中将埋在地基中的7根柱子用作导轨，4台丝杠升降机用作整体动力提升下降，每次产品变换时调整高度。(2)龙门车的组成。侧走平台上方有一条轨道，龙门车在轨道上工作，由发动机驱动。龙门车与可水平移动压缩端壁和侧壁的低压缸相连接；横梁上可水平移动电动葫芦，帮助机车提升侧壁，缩短机车使用时间；柱上设置了一个垂直可移动的水平调节缸，用于压缩侧壁。两个行动门，电动葫芦上下，实现了独特的连接和运动。(3)侧壁夹紧装置。侧壁夹紧装置安装在侧板上，可垂直移动。侧壁可由两个圆柱连接机构推压，可水平调整。目前有16个侧壁夹紧装置，设计方案减少到4个。(4)端走平台的组成。链传动装置改进了既有末端行走平台，且其结构复杂。新设计的末端行走平台由丝杠升降机，可根据不同的车身高度进行调整，并可垂直移动以满足不同的车身长度要求。两个操纵器安装在末端行走平台上，可以水平移动。丝杠升降机用于调节高度，气缸连杆机构用于拧紧端壁进行牵引动作。(5)下缝合装置。底部缝合装置安装在地面轨道上，可垂直移动。移除侧墙与底部支撑之间以及端墙与侧墙之间的间隙。它被气缸约束，可以通过丝杠丝母调整标高和高度。

4.设计特点：均匀性强，生产加工简单，各装置设计灵活，可用于不同车辆长度。可调整宽度和高度的变化，避免因焊接引起法兰变形，加速法兰老化，避免重复制造工具。可以节约生产成本，减少生产变更的准备时间。它是高度自动化的。各紧固装置均采用气缸或发动机驱动，避免了设备的复杂性和液压传动对生产现场的污染，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，采用双开孔结构，解决了侧壁吊装的困难；轨顶标高降低到8米左右，节约了厂房建设成本；同时，提高了侧壁装配调整装置的适应性、安全性和可靠性。侧壁两端可独立进行纵横调节，减少了工装的投资，提高了生产效率。

目前，基础设施建设和零部件制造已基本完成，正在制定和实施中。该生产线将以良好的发展前景进入市场。

参考文献：

1. 侯岩，我国铁道车辆用高强度耐大气腐蚀钢的进展，钢铁，2019(6)．

2. 李柏，浅析铁路货车车体组装线侧墙组装装置设计，世界轨道交通，2019(s1)．

[3]汤加，铁路货车车体材料的发展与展望，铁道车辆，2O19(5)．