货车车体

货车车体（精选6篇）

货车车体 篇1

《车辆计算和设计规范》 (以下简称《规范》) 在很多情况下是决定车辆制造技术规程, 同时又是保证车辆结构运行安全性的重要文件。《规范》的修订每10年不得少于一次, 以体现科学发展达到的水平和新的运用条件。但是《规范》的个别条款已经在几十年中始终没有改变, 现欲对《规范》中的以下条款进行研究:

(1) “在进行车体侧墙和底架枕梁计算时, 离心力的影响允许按总重力 (或其产生的应力) 增加10%考虑。”该建议没有考虑到离心力是作用于车体的侧向载荷, 会引起侧墙立柱和侧墙板的弯曲。当车体装有散粒货物时, 离心力对于一侧侧墙作用的弯曲应与散粒货物侧压力作用的弯曲叠加。

(2) 《规范》建议, 在计算立柱强度时, 应考虑“与其相连平板的部分截面。当厚度 (δ) 为3 mm<δ<5 mm时, 考虑的板条宽度取为25δ, 当δ≤3 mm时, 取为20δ ”。该建议适用于无波纹的平板, 但现在的敞车和有盖货车的侧墙是波纹板, 对于它们必须分析弯曲时与立柱共同工作的板条宽度。

(3) 按照《规范》, 作用于车体垂直侧墙的散粒货物侧压力计算公式中, 货物的自然坡角为ϕ。按照设计《规范》第三工况, 角ϕ取决于货粒之间的摩擦, 由于有垂直振动它接近于零。但摩擦力取决于摩擦系数和正压力。在第三工况条件下, 货粒的接触仍存在, 且保持有正压力。因此, 可以认为, 在第三工况条件下, 必须在求算散粒货物侧压力的公式中, 让角ϕ等于货物的自然坡角。

(4) 对于端墙立柱, 散粒货物侧压力引起的弯曲应力, 应与车钩冲击时发生的惯性力所引起的应力叠加。按照《规范》, 惯性力的合力应等于倍的车辆载重的货物质量乘以最大加速度 (译者注:对于4轴货车, 该加速度等于3.5g) 的积。必须进行车钩冲击时惯性力合力对端墙作用的修订研究。这时, 还要考虑端墙本身质量所造成的惯性力。

(5) 按照设计《规范》, 立柱应力计算时必须考虑腐蚀, 为此, “构件截面积的计算厚度取值要考虑结构使用寿命内由于腐蚀而减薄。”

应合理地评估敞车和有盖货车侧墙和端墙立柱考虑到腐蚀减薄后的最大应力值。减薄值可按照《规范》所列出的腐蚀速度值和油漆涂层的耐久性来确定。

(6) 《规范》列出了用纵向肋和压筋加强、周边简支平板的应力求算公式。给出了该公式的适用条件, 但没有给出货车波纹板的适用条件。此外, 该公式没有考虑到板可能存在的初始曲率。

(7) 为了计算侧墙板的稳定性, 研究了其加载过程。随着压缩应力的增大, 首先是墙板的非波纹部分丧失稳定性。此时, 它们不能参与进一步的工作。载荷由板的波纹部分承担。承担最大载荷的波纹有可能丧失稳定性。此后, 与其相邻的波纹丧失稳定性。如果承担最大载荷的波纹是稳定的, 则所有的墙板将是稳定的。因而, 可以简化墙板稳定性的计算, 只需进行承担最大载荷的波纹板的稳定性校核即可。

(8) 《规范》中最大的篇幅是承载构件的疲劳强度校核, 这种校核应在设计时完成。但是疲劳裂纹甚至在运用的第一年就已出现。按照《规范》, 这种事实的认定办法是“零件故障的判据是出现肉眼可见的长度为10 mm～15 mm的扩展裂纹”。裂纹的出现可能是缘于焊接或组装时的结构工艺裂纹类缺陷。这种缺陷的尺寸比金属结晶组织的显微裂纹要大得多。而且, 此种裂纹扩展的条件与所研究的疲劳强度理论也不一样。在存在工艺裂纹的情况下, 重要的是决定零件寿命的裂纹扩展速度。评定零件寿命可以根据断裂力学理论。建议在设计《规范》中补充寿命评定, 也就是说预先求算的不仅是强度、稳定性、疲劳强度安全系数, 而且还有寿命安全系数。应根据断裂力学合理地确定车辆承载构件规定的可见裂纹长度。

(9) 研究了《规范》关于带有连续波纹的波纹板立柱截面所包括的板条宽度的建议。作为研究项目选择了敞车侧墙板。研究了平板型无波纹板、具有连续纵向波纹板和周期波纹板 (立柱之间的波纹) 。板具有相同的尺寸, 作用于立柱的散粒货物侧压力合力形式的载荷也相同。

计算表明, 对于平板型板, 在立柱截面中必须包括宽度等于立柱宽度的板条, 加上立柱截面每侧宽度等于35倍板厚的附加板条。对于连续波纹板, 与立柱共同承受弯曲的板宽则较小, 它等于立柱的宽度。对于周期波纹板, 板条宽度等于立柱宽度加上立柱每侧30倍的板厚。

因此, 《规范》关于与立柱共同承受弯曲的、与立柱相连的板条宽度的建议, 对于周期波纹板是合适的, 而对于连续波纹板则不合适。

(10) 在《规范》建议的车钩单向冲击惯性力作用于货车端墙的载荷条件下, 完成了4轴敞车车体的有限元计算。计算结果表明, 即使不考虑散粒货物侧压力, 端墙立柱的应力已超过材料的屈服极限。这就证明了修订《规范》关于因车钩冲击作用于端墙的惯性力值建议的必要性, 并建议提高立柱的强度。

货车车体线性尺寸的选择 篇2

车体的主要基本尺寸有底架长度、宽度及高度。对于罐车,有罐体直径、长度及底部高度。这些尺寸决定了载货容积。由这些尺寸派生出车辆的若干线性尺寸,如车辆定距、悬臂部分长度、车钩伸出长度等。这些尺寸对于限界限制、小半径曲线、驼峰调车场和轮渡斜坡通过,以及曲线上的可联挂性均有很大影响。它们同时影响到车辆的动力学性能,即与车辆的运行安全性有关。

确定车体最佳尺寸的现有方法可以大大简化。依据恰当地选取线性尺寸的原则,采用实际每延米净重qпн。应选取每延米净重达最大值时的车辆长度,这将是合理的车辆长度值,因为增加实际每延米重,有可能提高运输能力和通过能力。

如果取容许轴重为[qo],而每延米重为[qп],充分选取这些容许载荷标准资料,则车体底架长度2Lp可按下式确定:

式(1)中:m———车辆轴数;

a———车钩伸出长度(通常为0.61m)。

式(1)中,前后数字2是强调相对车体纵横中央断面的尺寸是对称的。

式(1)中第1项可确定车辆长度2Lсц。在车辆最小长度范围内,确定车体尺寸时,有可能需要进行与走行部分、自动车钩及制动装置有关的修正,以及与在车辆技术诊断和技术维护情况下进入车下装备可能性有关的修正。

考虑到限界限制的Fгаб,可以初步规定车辆的宽度2B及车辆高度H,并得出装货容积(未考虑或考虑到壁板厚度δ)。引入下式:

该面积为考虑到限界限制的车体横断面面积。起初为了确定车辆宽度2B,应充分考虑极端运用条件下走行部总间隙及公差对限界宽度的减小。

载货容积可由下式计算出:

已知按式(1)计算出的长度2Lp不会大,可见车体的载货容积也不大。这种车辆的额定载重为:

式(4)中:T———车辆自重,可能仅用于比容系数vy小的重型货物。

将比容大的货物装载到小容积的车体不可能达到总的载重,即额定载重未能利用。

车辆的自重可按下式确定:

式(5)中:ρ———标准部件(转向架、车钩牵引装置、制动装置)的质量;

b———金属结构车体单位长度质量(通常在设

计时按样车确定)。

装于公式(3)求算出的容积V内、比容为vy的货物的实际质量PФ为:

对于同一种货物,只有当公式(6)和公式(4)达到相等的关系时,考虑到公式(5),才能完全实现载重:

在图1中,式(7)的左边为上升的直线,而右边为下行的直线。由式(7)可得到车体底架长度:

这是两直线交叉点的坐标。

如果车辆是专用的,意味着用来运送同一类货物,则这种计算足以确定大体上合理的车体长度。根据转向架固定轴距和车轮直径的尺寸,可以得到悬臂部分尺寸,随之得到车辆定距。

如果在车辆通过限界的校核计算后,得到的车辆横截面外形尺寸被要求进行修正时,应利用式(2)和式(8)再次进行计算。

如果车辆是通用的,并用以运送不同特性的比容为vi的货物,货物周转量中每种货物的份额为ɑi及运送距离为li,则对于所运送的每一种货物按照式(8)应可找到合理的车辆长度。然后对于所得到的每种车辆长度,要求按照通用公式,依次计算出静载荷、动载荷及每延米重。必须从所得到的系列中选择每延米净重最大值。与此相对应的所研制车辆长度将是合理的。

由专门运送三类货物的专用车辆载重图可见,其曲线呈折线变化(图2),并且转折点与每种货物容许达到的车体装载量的位置重合(相一致)。因为每延米净载重决定于动载重与车辆长度,于是其中一个交点将是最大的每延米净重。

在完成计算及得到合理的车辆长度后,接下来可以将其修正为与限界计算结果相一致。提出的确定车体合理尺寸的算法,由于排除了大量的运算,从而实现了计算的简化。

图2中的曲线是考虑下列初始数据绘制的:

车辆型式:运送轻油产品的4轴罐车;

限界:1T;

罐体底部的高度:0.61m;

轴重:23.5t;

每延米重:10.5t/m。

货物特性列于表1。

众所周知,按照装卸线、车辆修理厂和车辆制造厂、待装车辆整备点等所具有的工艺装备相互作用条件所规定的车辆长度的方案才是可行的。在该条件下,考虑到限界限制,按车辆货物装载横断面面积合理地评估结构的效果。

为解决该问题,可利用式(7),由此确定限界限制:

新一代货车车体用新钢种 篇3

关键词：货车,车体,材料,俄罗斯

《2030年以前俄罗斯联邦铁路运输发展战略》规定, 要研制和生产具有增加载重、降低自重和提高可靠性的新一代货车。解决该问题的途径之一便是在车辆制造业中采用提高强度和耐腐蚀性的新钢种。

ОСТ32.153-2000《新一代货车车体用金属轧材·技术要求》中叙述了满足车辆制造业将来用钢的基本要求及其试验要求。按照该文件, 由新钢种生产的金属轧材及其焊接结构应根据下述准则进行评定:

(1) 机械性能;

(2) 流水作业条件下的可焊性;

(3) 焊接结构疲劳强度所决定的应力集中敏感性;

(4) 疲劳裂纹扩展速度 (活力) , 在温度为-20℃时不高于ГОСТ380的Ст3сп钢, 在温度为-60℃时不高于ГОСТ19281的09Г2Д钢;

(5) 温度为-60℃时的耐寒性;

(6) 承载构件的耐大气腐蚀性不低于ГОСТ19281的09Г2Д钢。

1999年, 下塔吉尔钢铁联合企业研制了强度390MPa级加钒元素处理的12Г2Ф低合金钢。为了确定12Г2Ф钢运用于制造货车车体主要承载构件的可能性, 全俄铁路运输科学研究院会同乌拉尔车辆厂, 按照OCT32.153-2000的要求进行了综合性试验。除了确定金属和焊接连接的机械性能外, 还在全俄铁路运输科学研究院进行了疲劳强度和时的冲击弯曲试验。疲劳试验结果证明, 由12Г2Ф钢制造的焊接模型试件在同样载荷循环条件下, 疲劳寿命比09Г2С钢制造的试件要增加50%～100%, 而由12Г2Ф钢制造的焊接模型试件的疲劳极限可提高40%。冲击弯曲试验同样表明, 由12Г2Ф钢制造的焊接模型试件对于-60℃温度时的冲击具有满意的稳定性。

12Г2Ф钢全部试验结果都是满意的, 并建议该钢可运用于制造货车车体的承载构件。

从2001年开始, 下塔吉尔钢铁联合企业开发12Г2Ф钢轧制的热轧型钢, 并且在钢中加入含量为0.15%～0.3%的铜, 可使钢的耐大气腐蚀性提高约30%。目前, 在乌拉尔车辆厂12Г2ФД钢正用于制造现代化敞车车体的主要承载构件, 这种敞车修理间走行距离可增加到50万km, 同时在将来敞车结构中可提高载重。

按照乌拉尔车辆厂与全俄铁路运输科学研究院的意见, 12Г2ФД钢能满足车辆制造业的现代化要求。它的使用可提高结构的静强度和疲劳强度, 减少故障次数, 节省维修费用。但是, 世界车辆制造业发展趋势表明, 新型货车研制的主要任务是进一步提高车辆载重, 并降低车辆自重。

为解决这些问题, 全俄铁路运输科学研究院和乌拉尔车辆厂与国家冶金企业合作, 进行了强度400MPa～600 MPa级金属轧材批量试制的综合性试验。根据ОСТ32.153-2000的要求, 进行了“电炉钢”厂生产的钢轧制的钢板试验, 以及中央黑色金属科学研究院研制的用于输气管道、下塔吉尔钢铁联合企业轧制的12Г2МФАЮД和08Г2МФБД钢轧制的乙型钢的试验。

根据疲劳试验结果, 确定了上述钢种制造的焊接模型试件2×106次循环的疲劳极限。试验结果见图1。焊接试件在-60℃温度时的冲击弯曲试验 (耐寒性试验) 在垂直冲击试验机上进行, 试验结果见图2。

分析强度400 MPa～600 MPa级钢的试验结果, 可以作出如下结论。疲劳试验结果表明, 焊接试件2×106次循环的疲劳极限与282 MPa～611 MPa范围内的轧材屈服极限 (强度级) 未有明显的相关性。除14ГСФАЮД和12ХГ2СМФД钢外, 大部分钢制造的焊接试件与由12Г2Ф钢制造的焊接试件相比, 其疲劳极限相等或较低。因此, 将类似的钢用于制造车辆结构以提高使用寿命, 还必须采用专门的工艺以提高焊接连接的疲劳强度。属于这种工艺的有氩弧焊和超声波处理, 或者其他工艺。

零度以下冲击弯曲试验结果表明在热轧和正火状态下, 加入合金元素可大大提高金属轧材的强度性能指标, 但这时临界冲击功单调下降。例如, 08Х3Г2ФД钢, 其合金元素含量大于5%, 在空气中冷却会自然淬火, 其屈服极限为611 MPa, 但临界冲击功却最低, 不足10 kJ。然而, 合金元素含量较低、含硫量也低 (含硫量为0.005%) 的09Г2ФБ钢, 在轧制过程中经过专门的热机械处理, 在-60℃温度时的临界冲击功达67.1 kJ, 比09Г2С钢高40%, 是08Х3Г2ФД钢的7倍。

冲击载荷试验结果还证明, 尽管存在使冲击载荷强度变差的焊接连接, 但通过去除有害杂质 (硫) 的微合金化结合热机械处理, 可使金属轧材具有高冲击载荷强度和高耐寒性, 因此, 抵消了弧焊熔池造成的负面影响。

钢的耐腐蚀性将决定货车车体和底架防护部件以及主要承载构件的寿命, 因为车体内表面油漆涂层的寿命总共只有2个～3个月。货车运用分析表明, 车体不同的部件面临不同程度的腐蚀磨损。例如, 对于敞车车体, 最大腐蚀损坏发生在中梁工字钢、侧墙下侧梁角钢这些承载构件, 以及侧墙板、端墙板、地板或卸货底门门板等防护部件上。对于这些构件和部件采用耐大气腐蚀钢是一个迫切的问题。

在研制耐大气腐蚀钢之前, 应系统研究各种元素对腐蚀速度的影响。根据俄罗斯和国外的研究资料, 加入铜可提高钢的耐腐蚀性20%～30%, 磷和铜组合可提高钢的耐大气腐蚀性。铬对于耐大气腐蚀性提高的程度要小于铜和磷, 但在含铜钢中铬的影响会增大。在碳钢中只有加入足够多的镍时 (大于0.3%～0.6%) 才能对耐腐蚀性有好的影响。钒、铌和钛对耐腐蚀性的影响非常小。

在国外车辆制造业中耐腐蚀的Corten钢 (低合金钢) 已得到最广泛的应用。俄罗斯与其类似的钢是10ХНДП钢。这2种钢按机械性能是属于强度345MPa级。由于提高了磷含量, 实际上可用于制造厚度不大于5 mm～6 mm的构件, 即主要可用于制造车体的防护部件。

对于车体承载构件, 前苏联曾研制和采用过08ХГСДП钢, 其耐腐蚀性并不亚于10ХНДП钢, 但由于含磷量更低可用于厚度至这种钢同时还具有强度345 MPa级, 在使用时可满足车辆制造业的要求。但是将来的运用条件要求经受更严重腐蚀的车体承载构件, 则应采用高强度和耐腐蚀钢。为此, 下塔吉尔钢铁联合企业研制了强度390 MPa级的10Г2ФДП钢。2007年已用该钢轧制出试制批量的160 mm×100 mm×10 mm角钢。

如上所述, 在俄罗斯车辆制造业中, 车辆防护部件 (侧墙板、端墙板、地板或卸货底门门板) 采用强度345MPa级耐大气腐蚀的10ХНДП钢。但按照《新一代货车通用技术条件》, 车体防护部件应采用更高强度级钢轧制的金属轧材。此外, 10ХНДП钢的成分中要加入贵重的和稀缺的合金元素镍。

因此, 乌拉尔金属研究所会同全俄铁路运输科学研究院、马格尼托哥尔斯克钢铁联合企业和乌拉尔车辆厂, 进行了车体防护部件用无镍、高强度、耐腐蚀钢的联合研制工作。结果编制了强度390 MPa级10ГФДП钢和10ГФАДП钢的技术条件。目前正在进行制造试件用试制钢种的熔炼、按照ОСТ32.153-2000要求的试验和耐腐蚀性加速试验的工作。车体承载构件和防护部件用高强度钢和耐腐蚀钢, 以及基准钢的机械性能列于表1。

译者注: (1) 原文为1-ГФДП, 有误。

只要冶金工业同时开发新的、经济的热轧和冷弯型材, 就可得到由于采用新钢种的最大效益。首先应改变中梁乙型钢和车辆立柱型钢, 因为现代敞车车体的总质量中, 它们的比重已达到25%。总体上说, 根据乌拉尔车辆厂的专家门计算, 采用强度500 MPa级的金属轧材, 可以在不影响强度指标寿命的情况下, 由于降低车辆自重, 可将敞车的载重增加1.5 t～2 t。

陈磊译自《Ж.-д.трансп.》2008, №2, 45～47

货车车体 篇4

关键词：线路条件,车体,扭转载荷,疲劳

0 引言

目前铁路货车整车产品出口是整个铁路装备制造业的一个发展方向。为使出口的车辆能适应不同国家的线路情况, 满足规定的寿命周期, 就需要在货车设计阶段充分考虑外部应用条件。由于通用标准上规定的载荷并不详细, 有可能满足通用标准设计合格的车辆, 在运行中仍然会有问题产生:如焊缝开裂、车体动力学性能指标不能满足等。后期的维修也迫使企业投入大量的人力物力, 这也是货车制造企业希望在售后工作中避免出现的问题。

在货车车体的结构设计中, 所受载荷是决定性因素。但并不是所有载荷都能够被清晰地描绘。以本文研究的车体所受扭转载荷为例, 在铁标中仅规定了40 k N·m的扭转载荷;在AAR标准中也只是在试验工况中规定, 车辆重车将车辆一端的一个转向架的一侧一个车轮从下面抬起3 in时, 车辆结构不得因试验而产生永久变形。

轨道上曲线的垂向超高是车体所受扭转载荷的主因, 国内很少有文献提及车体通过曲线时所受的扭转载荷, 本文就此问题进行探讨。

1 推算过程

1.1 整车的扭转刚度

将轨道的超高看做整车受到的强制位移, 分析车体受到的扭转载荷, 首先要明确整车扭转刚度的组成。

将车体、转向架 (含弹簧) 、常接触弹性旁承看成弹簧组来共同承担由于小曲线外轨超高引起的扭转载荷。那么需要明确两个问题:1) 车体、转向架、常接触弹性旁承这3个弹簧的关系;2) 各自的扭转刚度的求解。

弹簧的关系非串联即并联, 其中共同承担外载荷的弹簧是并联关系, 承担载荷时各自的变形量相同;共同分担变形的是串联关系, 每个弹簧承担的载荷相同。

依照这一法则分析整车弹簧组的关系, 以一系弹簧悬挂为例做示意, 如图1。

各弹簧关系如下:1) 转向架各垂向弹簧组为并联;2) 一侧转向架弹簧与同侧的旁承为串联;3) 一位端 (转向架、弹簧+旁承) 与二位端 (转向架、弹簧+旁承) 弹簧为并联;4) 车辆上部车体与下部转向架为串联。

各自的扭转刚度的求解:

1) 转向架弹簧及旁承的垂向刚度均可由设计参数直接获得, 通过垂向刚度及弹簧间距可折算出扭转刚度;2) 如果是三大件式铸造转向架, 其摇枕侧架的刚度可以忽略, 如果是焊接构架式转向架, 可以通过有限元的方法计算扭转刚度;3) 车体的扭转刚度可以用有限元的方法计算得出。

1.2 轨道超高带来的强制扭转角

轨道超高与轨道的顺坡率有关, 整车受到的强制位移与车体定距有关。设车体的心盘定距为L, 假设轨道最大外轨超高率为K, 轮对两车轮滚动圆的横向距离为D, 那么该车在这种轨道条件下给整车带来的扭转角度为2K·L/D。

1.3 扭转载荷

该前提条件是常接触旁承不存在刚性接触行为, 那么由于外轨超高所引起的强制角度变形量将由上部车体与下部走行部分两个“弹簧”来共同分担, 可以联立求解出上部车体与下部走行部各自分担的扭转角, 从而求出车体所受的扭转载荷。

1.4 扭转载荷谱

求解出车体受扭转载荷后, 可以按照轨道线路中曲线的组成和分配概率, 考虑车辆的驶入驶出次数, 构建扭转载荷谱, 这种通过轨道条件推算出的载荷谱更接近于实际的外部条件, 尤其一些国家其曲线数量众多, 可以在产品的设计阶段就将这种载荷谱应用到车体的寿命预测中。但这种推算方法的不足是只反映了轨道的几何条件造成的车体扭转, 不能涵盖车体振动响应等其它情况带来的扭转。

2 推算扭转谱的应用案例

这种推算方法已经应用到我公司出口平车的寿命计算中。由于某国家线路上曲线众多的特点, 扭转对车体的损伤不容忽视。我们根据该国家线路的曲线统计, 用上述方法推算出在不到300 km的运行距离内发生0~26.8 k N·m→0共572次的扭转载荷谱, 这种线路条件对车体受力极其不利。我们使用推算的扭转谱, 应用结构应力法对车体焊缝进行了疲劳分析, 发现两主梁的焊缝在扭转载荷谱下寿命极低 (如图2、表1) 。根据寿命计算的结果, 已经对车体的结构重新进行了优化设计, 使设计提前规避了运营风险。

如果按照以往通用的设计规范和计算载荷, 该处的应力在扭转强度计算中并不超出许用应力, 而标准中又没有合适的扭转谱计算该处寿命, 危险的焊缝很可能在设计阶段被忽略, 造成运行后的隐患。

3 结语

在车辆设计标准中, 一般仅关注垂向弯曲刚度, 对于扭转刚度很少提及。在车体寿命评估中, 也大多关注车体垂向载荷变化的影响, 对于扭转的作用也未有足够重视。按照轨道条件结合车体刚度来推算扭转载荷谱的方法在货车设计中的应用尚属起步阶段, 还有待于进一步的应用来验证。

参考文献

[1]Estimate of wagon underframe torsion from run-out of cant:FLEET ENGINEERING REPORT FT30350[S].

货车车体 篇5

铁路货车车体钢结构是装载货物的主体, 根据用途差异, 类别迥然。随着铁路货运市场变化, 对产品需求发生根本变化, 通用结构形式敞、棚车型市场逐步萎缩, 专用车型日渐成为市场主导, 传统的大批量专一生产装备不能适应市场多样化需求, 多功能柔性生产装备成为现实。

1 铁路货车车体钢结构特点分析

铁路货车指的是敞、棚、平、漏、罐, 以及特种车辆等车型, 车体钢结构大致由底架、端墙、侧墙、车顶等零部件组焊而成;罐车钢结构主体由罐板筒体及底架钢结构组焊成, 其结构与敞、棚、平、漏等车型差异过大, 其制造工艺与敞、棚、平、漏等车型差异大, 不能完全共线生产, 本柔性组装装备不考虑该类产品。同时平车为底架结构, 也不予分析考虑。组装装置以敞、棚、漏为主进行设计分析, 其主要技术参数如下:

1) 车体外形尺寸:长8.7~18 m, 宽2.4~3.4 m, 高2.4~4.8 m;2) 角柱与地板面垂直度, 全高内≤7 mm;3) 角柱板与侧梁之间隙≤0.5 mm;4) 端墙对角线差≤5 mm;5) 上侧梁与上端缘各面错牙≤2 mm;6) 中门孔对角线差≤5 mm;7) 敞车下侧门对角线差≤3 mm;8) 侧墙对角线差≤12 mm;9) 上侧梁旁弯每米≤3 mm, 全长≤12 mm;10) 侧柱垂直度≤6 mm。

2 柔性组装装置结构分析设计

钢结构组装装置主要用于完成车体钢结构组成的整个组装过程, 即按技术要求和生产工艺将底架、2个侧墙、2个端墙、车顶等部件组装焊接。为满足不同类别车型组装要求, 整体结构采用组合式、模块化柔性设计方案, 以适应车体长度8.5~18 m, 宽度2.4~3.4 m, 心盘距5.7~15 m的车体的组装要求。根据夹具设计原理, 零部件组装主要确定零部件相对位置, 确保相对位置不变, 即对零部件进行定位、夹紧, 保证零部件组装相对位置及工艺参数, 因此, 根据车体钢结构的结构特点, 组装装置主要对钢结构底架、端墙、侧墙、车顶进行定位夹紧, 即对该类零部件进行定位夹紧机构设计。

2.1 工艺基准确定

根据产品设计基准为底架上心盘, 以及车体结构特点与技术参数规定, 车体组装工艺以底架为基准, 其余部件组装以此为基准, 保证各部件间组装尺寸与形位公差。

2.2 车体组装定位、夹紧单元结构设计分析

由于车体结构差异大, 定位、夹紧装置应采用模块化单元结构, 模块单元安装在地面采用螺纹固定或安装于地面轨道上, 纵横以及高度方向可调整, 满足不同类别车型生产。

在底架制造过程中, 以上心盘为基准进行定位, 由于车体组装采用流水作业, 以心盘为基准进行车体定位组装, 定位装置影响工序传送, 进行夹紧时容易造成底架倾斜与扭曲, 影响组装质量, 因此为保证车体正常组装, 将该基准进行转换。根据底架组焊工艺, 底架组焊后以心盘为基准的三梁差应小于3 mm。可以底架侧梁下平面为基准, 进行车体组装。即底架组装后, 对三梁差尺寸进行确定, 在车体组装时, 配置标准定位块与调整垫板, 保证底架水平尺寸, 从而保证车体组装质量。因此底架定位主要由底架的一位端端梁、两侧梁侧面及底架侧梁下平面定位, 对底架纵横方向以及水平面进行定位。

2.2.1 底架定位及夹持单元设计分析

1) 底架水平定位。在底架下侧梁下平面位于枕梁位置, 设计四定位支撑平台, 安装时四支撑平台支承面的平面度小于1 mm, 支撑台上配置顶升油缸与水平支撑定位块, 底架顶升后采用定位块将底架支撑水平。支撑平台固定于地面T型槽上, 可纵横调整, 适应不同宽度、长度底架组装定位。

2) 底架纵向定位。以底架一位端的端梁设计固定定位档, 不同车型以此为基准进行定位组装, 在二位端设计移动式纵向夹紧装置, 使一位端的端梁与纵向定位档靠严定位并夹紧。

3) 底架横向定位。以底架两侧的侧梁定位。在一侧支撑平台上, 设计可伸缩活动侧梁定位档, 底架捣入组装台位后, 定位档伸出定位, 另一侧支撑平台上配置横向顶紧装置, 使侧梁与横向限位块靠严定位并夹紧, 如图1。

4) 在下侧梁位置配置辅助支撑装置, 每侧3组, 在高度方向对底架进行设定高度的支撑, 保证车体组装时底架的挠度, 并防止组装时底架受力摇动。

5) 底架与侧板严缝。配置的顶缝装置, 用于减小侧板与底架的间隙, 能够沿车体纵向移动, 实现沿车体横向顶压, 经过调整后能够实现向上或斜向上顶起, 该装置柔性化设计, 能够满足不同高度、宽度的车型。

2.2.2 端墙定位及夹持单元设计分析

2.2.2. 1 端墙定位模块

端墙定位在端墙组对时对端墙高度、对中性、垂直度等尺寸形位公差控制, 保证组装质量。

1) 端墙组对以底架为基准, 横向以底架纵向中心线为基准对中, 纵向以底架端梁或漏斗为基准进行组装。

2) 高度方向定位分两种方式:直板柱类以底架地板面为基准, 设计高度样杆, 配合铅垂, 保证端墙组装高度尺寸及垂直度。L型结构板柱端墙, 在端部移动龙门操作平台设计可调支撑, 采用铅垂样杆进行端墙组对。

2.2.2. 2 端墙夹持模块

端墙夹持模块进行端墙组对时对端墙高度、对中性、垂直度进行调整控制, 采用龙门升降结构, 龙门按最大车宽设计, 可装配宽度2.4~3.2 m的车体。夹持调整装置和压缝装置均集成在端部升降工作走台上。该走台可以沿纵向轨道移动, 适应不同长度的车型需要;走台板与车体上端梁高度差为900~1 100 mm;走台能够升起, 方便组装后的车体能够从其下方通过。在工位完工后, 夹持装置随走台一起升起, 顶缝装置推至一侧, 不妨碍车体传送。具体结构见图2。

1) 端部升降平台部件采用四柱龙门式结构。升降机构是由电机减速器通过链条带动平台上下升降。走行机构只在更换车型时用, 先松开紧固螺栓, 再将行走轮的顶紧螺栓顶紧, 便可移动到需要位置。

2) 端部顶缝装置的高度可调, 沿车体宽度方向可以移动, 能够顶严端板同端梁之间的缝隙。安装在端部升降平台下面的轨道上, 横向可用手推移动。可升降以适应不同车型变换。

3) 端墙夹持装置设计为液压机械手结构, 液压控制的卡爪, 能够卡住端墙的上端梁并锁住上端梁, 卡爪的托承部位是转动辊, 卡爪锁住上端梁后, 端墙可在托辊上轻松地左右推动, 进行对中调整;升降调整装置为电机带动蜗轮蜗杆传动升降, 可带液压卡紧装置进行空载升降, 调整2个托辊高低位置, 使落在托辊上的端墙角柱保持垂直;端墙移动机构可使卡爪前后移动, 调整端墙与底架的相对位置。

端墙夹持装置, 能够夹持端墙并在高度、横向、纵向调整。其整体高度可以调整, 以适应不同高度的车型;2套调整装置间的距离可随龙门车进行调整, 以适应不同长度的车型。

4) 为确保端墙垂直度, 在车体上部四角处设向外拉机构。

2.2.3 侧墙定位及夹持单元设计分析

2.2.3. 1 侧墙定位

侧墙定位以底架为基准, 进行侧墙高度垂直度等尺寸形位公差确定。侧墙纵向与底架以中心对中定位, 高低以调整上侧梁上表面至底架下侧梁上表面距离采用样杆定位, 横向以侧板外表面与底架下侧梁外表面平齐, 同时。调整侧墙时底架不得晃动或倾斜。

2.2.3. 2 侧墙夹持单元

侧墙夹持单元进行侧墙组对是对侧墙高度、垂直度、对中性进行确定, 采用立柱悬臂可升降平台结构, 平台上设置侧墙夹持调整装置, 用于侧墙组装, 如图3。

1) 夹持装置由夹持调整手臂和下压推拉手臂组成。侧墙上侧梁夹持调整装置, 每侧2个, 以便天车将侧墙吊入后可以马上离开, 该装置能够上下调整侧墙的位置;另外设置上侧梁调整 (推拉及向下压紧) 装置, 每侧4套。

2) 夹持调整装置手臂间距无级可调, 夹持手臂能够实现高低、横向和纵向微调, 能够适应不同车型的侧墙组装。夹持手臂的形式根据不同车型的上侧梁结构进行配置, 方便调整或更换。

3) 夹持装置采用液压缸作为推动动力。组装时, 卡爪将侧墙卡紧, 再由平推机构卡住侧墙的上侧梁, 进行前后和上下的调整, 当调整完成后再将压紧机构压下, 使侧墙与底架对齐。夹持装置通过T型槽螺栓固定在立柱悬臂纵向梁上, 调整车型时, 松开T型螺栓, 此部件可随意进行纵向移动调节;横向方向的调整是通过调整侧墙调整部件本身的微调螺栓, 可适合不同宽度的车型。

4) 夹持单元平台采用电动升降装置, 可以使平台纵向垂直上下移动, 停止时能够实现自锁。平台采用上下双层结构, 宽度方向调整时, 推动下层平台, 适应不同长度、宽度、高度车型生产。

5) 在侧板与角柱位置, 配置4套侧板与角柱顶缝装置, 每侧设置2套。保证敞车侧墙板与角柱板、棚车侧墙板与角柱、漏斗车侧墙板与端墙板的密贴。侧板与角柱顶缝装置采用可转动结构, 旋转角度为0°~50°, 当调整车型时, 手动调整摆动梁的角度, 调整到位后用螺栓固定。该装置可适用普通车型的组装需求, 也可适用KM70、KZ70等不同角度的漏斗车车型的组装。不同长度、宽度车型生产时, 纵向方向的调整是将连接T型槽螺栓松开, 使其沿纵向方向移动, 移动到合适的位置, 将T型槽螺栓拧紧即可;高度方向的调整是将此装置中部的螺栓松开, 将其调整到合适的高度, 拧紧螺栓即可;横向方向的调整是靠调整顶压头来实现的。

6) 侧墙组对对中, 配置中门调整装置, 实现侧墙纵向中心位置和中门形位尺寸调整。由两部分组成, 分别为纵向拨正和升降装置。升降装置是由1个液压缸带动整个纵向拨正装置进行高度方向的调整, 纵向拨正装置由液压缸作为动力源, 液压缸前部设有可向车内方向翻转90°的凹型顶头。当组装C70、C70C、C80B、C80E、P70等侧柱凸出于下边梁的车型时, 顶头可随升降装置升起后直接推拉侧柱, 当组装侧柱与下边梁平齐的车型时, 顶头可随升降装置升高超过下边梁后, 手动将顶头向车内方向翻转90°, 使顶头的凹面卡紧侧柱进行纵向推拉, 调整门柱位置。

非工作状态时, 举升装置将纵向调整装置回落到低于车体位置, 便于车体的通过。当生产的车型不需要拨中门时, 可以将其暂时拆除。

7) 侧柱顶紧装置, 采用顶压移动小车结构, 将侧墙板与底架边梁贴严。顶紧装置可上下调整液压缸的高度。纵向安装于地面轨道上, 可沿轨道纵向轻松行走, 适应不同结构车型严缝生产。

8) 上侧梁旁弯控制, 配置悬挂式车内外撑装置, 该装置用于在车体内侧向外撑紧侧板与角柱板。侧墙板外撑部件是由电动葫芦带动液压缸部件上下升降, 液压缸从车内顶压侧墙板。顶压部件安装在摆臂吊上, 可随摆臂摆动。配置底架纵向定位调整装置, 实现车体纵向定位及调整。

9) 圆弧侧墙严缝, 配置圆弧结构侧墙侧板顶压装置, 每侧3组, 完成圆弧型侧墙的组装。

3 结构特点

1) 柔性化程度高。采用模块单元结构, 可满足不同结构尺寸的敞、棚、漏罐等车型的组装。

2) 调整方便。该装置为一端固定作为纵向调整的坐标原点, 高度方向以底架支撑面为坐标原点, 横向以钢轨中心线为基准, 在胎位上设有标尺以利于调整;所有走台及围栏均自成体系便于吊装、拆卸、组装, 卡式结构让踏板也便于拆卸、重新组装。

3) 维护方便。所有结构设计开敞性好, 便于维护。

4) 安全可靠。所有电缆均有防护套防止电缆烫伤损坏;各模块虽然可调节, 调节后固定牢固, 不会滑动。

摘要：根据铁路货车车体钢结构产品图、技术条件的要求, 以及车体钢结构特点, 按照精益制造理念, 采取通用化、模块化设计方案, 配置车体柔性组装装置, 通过模块间组合, 满足不同铁路货车车体钢结构组装生产, 提高生产效率, 降低制造成本。

关键词：柔性,车体钢结构,装置

参考文献

货车车体 篇6

关键词：货车,车体,侧墙,组装装置

1 现状分析

近几年随着铁路运输重载提速的快速发展,采用新材料、新工艺、新技术的新型大吨位货车应运而生,这对新造货车车体的制造工艺提出了更高要求。目前货车制造行业大多采用单台天车吊装的方式进行侧墙组装调整,一方面操作过程中不容易实现侧墙两端单独在高度方向和横向调整,使得侧墙组装效率难以提高; 另一方面长时间占用起重设备,使侧墙组装对面的部件生产受到影响。

北车齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司二货车间现有车体组装生产线装备落后,只有几个简单的走台,完全依靠手动进行定位夹紧,对圆弧结构侧墙的适应性差,产品转型调整工作量大,尤其是老厂房技术改造时存在不能适应既有厂房轨顶高度的问题,必须进行完善改造才能保证公司的良性发展。

2 用途及产能

此车体组装生产线用于铁路货车车体组装和焊接制造,代表产品有C70E型通用敞车、L70型粮食漏斗车、C32型煤炭漏斗车等,按照柔性、兼容的原则,可满足C80B型敞车、KM70型煤炭漏斗车、80 t敞车、FMG矿石车等产品的生产。产能为敞车日产14辆、漏斗车日产8辆。

侧墙组装是该生产线最重要的工位,主要用于完成车辆底架定位、端墙定位和侧墙定位,确保组装完成后的车体钢结构外形尺寸及各部件相对位置满足图样及技术要求。

3 产品结构特征分析

此车体组装生产线主要生产车型的技术数据如下: 车体长度为9 000 ~ 16 500 mm; 车体宽度为2 900 ~ 3 400 mm; 车辆最大高度为4 400 mm。

其主要生产车型以C70E型通用敞车和L70型粮食漏斗车为代表。C70E型通用敞车主要结构包括端墙、侧墙、底架和转向架( 见图1) ,L70型粮食漏斗车主要结构包括车顶、端墙、侧墙、底架和转向架( 见图2) 。其余车型结构与这2种车型基本相同。

1 - 底架; 2 - 转向架; 3 - 侧墙; 4 - 端墙。

1 - 转向架; 2 - 底架; 3 - 车顶; 4 - 侧墙; 5 - 端墙。

4 方案设计

4. 1 主要难点分析

该生产线是改造项目,厂房比较陈旧,天车高度不够,导致天车吊运侧墙到组装工位困难; 现场作业面积狭小,设备基础布置难度大; 另外,各车型外形尺寸相差较大,兼容困难。

4. 2 方案分析

经过多次评审讨论,决定采用以下设计方案: 将侧墙固定装置设计成双可移动龙门,4个夹紧装置,装置设计成升降走台带夹紧装置,其优点是结构简单,制造成本低。设计模型如图3所示。

1 - 端走台组成; 2 - 龙门车组成; 3 - 底架横向定位夹紧组成;4 - 侧走台组成; 5 - 侧墙横向定位夹紧组成; 6 - 下部顶缝装置。

4. 3 主要组成部分

( 1) 侧走台组成

现有侧走台采用液压升降,油液易泄漏,污染较严重。设计方案中的侧走台由7根埋设在地基中的立柱做导轨,由4台丝杠升降机做动力进行整体升降,每次产品转型时进行高度调整( 见图4) 。

( 2) 龙门车组成

侧走台上方设置轨道,龙门车在其上走行,采用电机驱动。龙门车在横梁上设置下压风缸,可横向移动,对端墙和侧墙进行压紧; 在横梁上设置可横向移动的电动葫芦,以辅助天车吊运侧墙,减少天车的占用时间; 在立柱上设置可垂向移动的横向调整风缸,对侧墙进行压紧。两龙门车走行和电动葫芦升降均可实现联动和单动。龙门车组成如图5所示。

( 3) 侧墙夹紧装置

侧墙夹紧装置安装在侧走台上,可纵向移动,通过2个气缸连杆机构对侧墙实现推、拉压动作,并可进行横向调整。现有侧墙夹紧装置有16个,设计方案减少为4个。

( 4) 端走台组成

现有端走台采用链传动升降,结构较复杂。新设计的端走台组成采用丝杠升降机升降,能根据不同车体高度进行调整,可纵向移动,满足不同车体长度要求( 见图6) 。端走台安装2个机械手,可横向移动,采用丝杠升降机进行高度调整,采用气缸连杆机构对端墙进行夹紧,可实现拖、拉动作。

( 5) 下部顶缝装置

下部顶缝装置安装在地面轨道上,可纵向移动,用于消除侧墙与底架间隙、端墙与侧墙间隙,采用气缸夹紧,通过丝杠丝母可进行横向和高度调整。

( 6) 底架横向定位夹紧组成

现有底架定位装置在底架纵向两端,影响工人现场操作。新设计的底架横向定位夹紧组成安装在地面轨道上( 见图7) ,可纵向移动,采用丝杠升降机和丝杠丝母机构沿车体宽度、高度方向对底架进行定位和夹紧,主要作用是在侧墙组装过程中固定底架,防止底架在顶拉过程中产生位移。

4. 4设计特点

( 1) 通用性强、转产方便。各固定装置均采用柔性设计,可针对不同车型长度、宽度和高度变化进行调整,避免了因焊接引起的夹具变形、加速夹具老化现象,也避免了工装的重复制作,节约生产成本,缩短了转产的准备时间。

( 2) 自动化程度高。各固定装置均采用气缸或电机驱动,避免了采用液压驱动带来的装备复杂、生产现场污染等问题,大大提高了工作效率,降低了劳动强度。

( 3) 采用双龙门结构,解决了侧墙吊运的困难;将轨顶标高降至8 m左右,节约了厂房建设成本; 同时增强了侧墙组装调整装置的产品适应能力和安全可靠性,能够实现侧墙两端单独在垂向及横向上的调整,减少工装投入,提高了生产效率。

5 结束语