ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝和焊接流水線改進(jìn)設(shè)計

1、西 南 交 通 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝和焊接流水線改進(jìn)設(shè)計年 級:2010級學(xué) 號:2姓 名:專 業(yè):指導(dǎo)老師: 2014 年 6 月 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁院 系 機(jī)械工程系 專 業(yè) 年 級 2010級 姓 名 題 目 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝和焊接流水線改進(jìn)設(shè)計 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書班 級 2010城軌車輛 學(xué)生姓名 學(xué)號 發(fā)題日期： 2013年 2月 24 日 完成日期： 2

2、014年 6月 1日題 目 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝和焊接流水線改進(jìn)設(shè)計 1、本論文的目的、意義 ZMA120型轉(zhuǎn)向架是株機(jī)公司在引進(jìn)西門子技術(shù)制造的廣州地鐵3號線B型地鐵轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面國產(chǎn)化研制的B型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架。ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝流水線設(shè)計是對ZMA120型轉(zhuǎn)向架焊接的操作工藝流程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。本設(shè)計以ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為例，完成焊接工序和各個工步。設(shè)計內(nèi)容主要包括各構(gòu)架結(jié)構(gòu)分析、總體焊接工藝分析、構(gòu)架焊接參數(shù)設(shè)計、側(cè)梁組焊工藝、橫梁安裝座焊接、整個構(gòu)架的合成組焊、焊后的熱調(diào)修以及對現(xiàn)有焊接流水線的改進(jìn)。通過本次設(shè)計，全面認(rèn)識、了解ZMA120型轉(zhuǎn)向

3、架結(jié)構(gòu)組成和焊接工藝、焊接流水線的基本知識；完成機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計繪圖等。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 通過對現(xiàn)有ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接技術(shù)的分析，對ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接進(jìn)行再設(shè)計，以及對構(gòu)架現(xiàn)有焊接流水線的改進(jìn)方案設(shè)計。通過三維軟件建模并對模型進(jìn)行分析，以滿足焊接工藝性能要求，最后繪制相關(guān)工裝圖，撰寫畢業(yè)論文。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 16 周）第一部分收集ZMA120型轉(zhuǎn)向架焊接工藝相關(guān)資料，了解相關(guān)知識，撰寫開題報告。 (2周) 第二部分繼續(xù)收集各種資料，起草一個ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接設(shè)計方案、繪制三維圖。 (

4、3周) 第三部分經(jīng)計算、分析等最終確定一個最終的設(shè)計方案。 (3周)第四部分繪制所需的工裝圖紙。 (3周)第五部分撰寫畢業(yè)論文。 (2周)評閱及答辯 整理材料和圖紙，完善畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 (3周) 備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁摘 要隨著國內(nèi)越來越多的城市開始建設(shè)地鐵，對地鐵轉(zhuǎn)向架的要求也是越來越高，更高速度、穩(wěn)定性更好、運(yùn)行舒適性更好、強(qiáng)度更高等。因此本文是針對目前國內(nèi)運(yùn)營速度最高的120km/h的ZMA型轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架現(xiàn)有焊接工藝和焊接流水線的分析，對焊接工藝進(jìn)行再設(shè)計，以獲得更好的性能。本文主要分為三個部分，第一部分是

5、運(yùn)用三維建模軟件Pro/E，對構(gòu)架進(jìn)行一個以焊接為重點的三維模型，按照實際生產(chǎn)中焊縫的布置，以鈑金件作為建模的基本件來完成整個建模，通過三維建模對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)架受力分析、轉(zhuǎn)向架的總體焊接思路、構(gòu)架焊接流程；第二部分則是細(xì)化每條焊縫焊接工藝，最終組焊成第一步中的三維所示的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，包括構(gòu)架側(cè)梁、橫梁、以及構(gòu)架合成的焊接工藝設(shè)計，包括焊接工步、焊接電流、電壓、焊絲直徑等，還設(shè)計到構(gòu)架的機(jī)械手焊接以及焊接完成后的熱調(diào)修工藝；第三部分是對目前國內(nèi)現(xiàn)有的構(gòu)建焊接生產(chǎn)流水線進(jìn)行分析，提出目前的不足之處，再合理的對焊接流水線進(jìn)行改進(jìn)并繪制相關(guān)工裝圖。并以構(gòu)架上的某一條焊縫做了自動化焊接的流程改

6、進(jìn)。本論文最終的目的是設(shè)計一個合理的ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接工藝，通過合理的焊接順序和焊接參數(shù)，保證構(gòu)架焊接完成后能夠得到理想的焊接性能。并改進(jìn)現(xiàn)有的焊接生產(chǎn)流水線，已達(dá)到更高的生成效率和焊接質(zhì)量。 關(guān)鍵詞： ZMA120型轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架；焊接工藝；焊接流水線； 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁AbstractWith the development of the cities in our country, The urban population more and more. It results in urban traffic is becoming more and mor

7、e serious, People demand more and more convenient urban traffic tools. Since Chinas first underground railway construction began in 1965,It is Beijing subway line one. The subway as a Large capacity city traffic transportation, People are also more and more high to the requirement of it. Especially

8、for the operation of the metro vehicle speed with new requirements. Most of the current domestic subway still stay in actual operating speed of 100 km/h. This article is in view of the operation speed of 120 km/h ZMA type bogie, We analyze its existing welding technology and Carry on the redesign to

9、 get better welding process.I Modeling in this paper, through comparison and analysis, etc., design the bogie of welding process improvements.In this paper, by using 3 d modeling software Pro/E, completed 3 d model of the bogie. Finally, this paper also analyzed the current domestic existing frame w

10、elding production lines,And put forward the current shortcomings. Improvement of the welding assembly line in a reasonable manner and Draw the relevant engineering drawing.key words： Type ZMA120 bogie ; Bogie ; Welding process ; The welding line 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁目 錄第1章 緒論11.1設(shè)計背景11.2國內(nèi)外地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接現(xiàn)狀

11、11.2.1國內(nèi)研究狀況11.2.2國外研究狀況21.3本文主要研究內(nèi)容2第2章 ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接總體設(shè)計42.1轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)組成42.1.1轉(zhuǎn)向架總體42.1.2 構(gòu)架組成52.2構(gòu)架焊接原則62.2.1 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)72.3 構(gòu)架總體焊接流程設(shè)計82.3.1構(gòu)架側(cè)梁焊接流程82.3.2 構(gòu)架橫梁焊接流程92.3.3轉(zhuǎn)向架構(gòu)架合成焊接流程11第3章 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁焊接工藝設(shè)計133.1 側(cè)梁總體焊接工藝設(shè)計133.2 側(cè)梁組焊工藝設(shè)計143.3側(cè)梁半自動焊工藝設(shè)計283.4側(cè)梁機(jī)械手焊接工藝設(shè)計303.5側(cè)梁小件焊接工藝設(shè)計323.6側(cè)梁熱調(diào)修工藝設(shè)計35第4章

12、ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁焊接工藝設(shè)計374.1構(gòu)架橫梁上安裝座焊接374.2橫梁熱平衡處理工藝設(shè)計40第5章 構(gòu)架合成焊接工藝設(shè)計415.1橫梁管與連接座組焊415.2構(gòu)架合成415.3構(gòu)架工裝設(shè)計425.3.1轉(zhuǎn)向架構(gòu)架工裝設(shè)計原則425.3.2 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工裝設(shè)計425.4構(gòu)架焊縫檢驗435.4.1 構(gòu)架焊縫檢測方法435.4.2構(gòu)架焊接質(zhì)量影響因素44第6章 焊接流水線改進(jìn)456.1現(xiàn)有技術(shù)背景456.2改進(jìn)方案456.3方案詳細(xì)介紹466.3.1焊接流程設(shè)計476.4 該方案的優(yōu)點48結(jié)論50致謝51參考文獻(xiàn)52附錄53 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 31第1章

13、緒論1.1設(shè)計背景ZMA120轉(zhuǎn)向架(如圖1-1所示)的主要部分就是構(gòu)架。構(gòu)架的作用是將轉(zhuǎn)向架的組成部分連接到一起，車輛運(yùn)行時受到的各種力都會經(jīng)過構(gòu)架的傳遞，包括垂向力、橫向力、縱向力。垂向力既通過車體傳下來的重力，通過空氣彈簧傳遞到構(gòu)架側(cè)梁上；橫向力是指車輛運(yùn)行時的離心力，通過車輪和軸箱傳遞到構(gòu)架側(cè)梁；縱向力是指在車輛運(yùn)行時的牽引力或制動力，通過車輪和軸箱傳遞給構(gòu)架側(cè)梁。因此構(gòu)架需要有足夠的剛度來承受運(yùn)行過程中的各種沖擊，同時也要求構(gòu)架整體具有一定的彈性和一定的耐疲勞度，以此來保證車輛長時間運(yùn)行的可靠性和運(yùn)行品質(zhì)。圖 1-1 ZMA120轉(zhuǎn)向架地鐵車輛在運(yùn)行過程中，加速和減速頻繁、啟動和制動

14、頻繁，在很短時間內(nèi)加速到120km/h，又在很短時間內(nèi)減速到零。所以地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架受力相對長途旅客列車較復(fù)雜。因此對地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架生產(chǎn)過程進(jìn)行再設(shè)計很有必要。1.2國內(nèi)外地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究狀況生產(chǎn)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架常用到的材料有Q235-A,Q235-B，16MnR，ZG230-450及STKM13B。國內(nèi)B型地鐵ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的材料就是采用16MnR，屬低合金高強(qiáng)度鋼，它的強(qiáng)度較高、塑性韌性良好。富氬混合氣體(其中1/5是CO2，4/5是Ar)保護(hù)焊是目前國內(nèi)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架生產(chǎn)的主要方法，這種富氬氣體混合保護(hù)焊方法又分兩種，一種是半自動焊，另一種是機(jī)械手焊

15、。在打底焊和修補(bǔ)焊接時采用手工電弧焊。側(cè)梁組成焊接采用半自動焊和機(jī)械手焊，先由人工點焊固定和完成打底焊接，最后主要焊縫采用機(jī)械手焊接完成。由于側(cè)梁焊縫多、焊縫質(zhì)量要求高，所以主要焊縫都采用機(jī)械手自動焊接，保證了焊縫的完成焊接質(zhì)量。在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架制造過程中，通過合理的焊接參數(shù)和焊接工藝，能夠有效的減小焊后變形。從而減小了焊后調(diào)修量，這樣就縮短了構(gòu)架的生產(chǎn)周期，同時也降低了生產(chǎn)成本。1.2.2國外研究狀況國外轉(zhuǎn)向架制造廠商主要有德國西門子、法國阿爾斯通、日本帝都高速交通營團(tuán)等。國外對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接的位置精度高、尺寸要求嚴(yán)、檢測嚴(yán)格，須通過疲勞載荷試驗。國外焊接設(shè)備較內(nèi)先進(jìn)，在構(gòu)架的制造過程中大部

16、分焊縫都采用自動焊接完成，構(gòu)架的焊接質(zhì)量較高。國外在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接中，主要也是采用CO2+Ar 氣體保護(hù)焊焊接。焊接過程中采用自動化焊接設(shè)備及焊接變位器，能夠保證構(gòu)架組成各主要焊縫處于水平位置且剛性固定，以便于更好的施焊。焊接時采取對稱、分段退焊、多層多道焊接方法，這樣可以減少焊接應(yīng)力和焊接變形，改變應(yīng)力分布。對于厚板焊縫，由于坡口較大，執(zhí)行多層多道焊，嚴(yán)禁擺寬道。因為這樣會造成母材對焊縫形成大的拘束應(yīng)力，還會降低焊縫強(qiáng)度，導(dǎo)致焊縫開裂或延遲裂紋。多層多道焊接能有效發(fā)揮前、后道焊縫的相互熱處理作用；同時也能有效改善焊接過程中應(yīng)力分布狀態(tài)，保證焊接質(zhì)量。1.3本文主要研究內(nèi)容1在已有的資料上面，

17、對ZMA120轉(zhuǎn)向架總體結(jié)構(gòu)組成作一個學(xué)習(xí)，整理完成后分析ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在焊接過程中各個零部件焊接的一個大致過程。2重點對側(cè)梁的焊接工藝進(jìn)行分析，并以側(cè)梁焊接為例做具體詳細(xì)的步驟和焊接參數(shù)分析。3設(shè)計一個ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接工藝流水線的改進(jìn)方案，以構(gòu)架某條焊縫為例做自動化焊接改進(jìn)流程。4運(yùn)用Pro/E進(jìn)行ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架三維建模。5簡單分析橫梁組焊工藝和構(gòu)架整體合成工藝。6繪制所需的工裝圖紙。第2章 ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接總體設(shè)計2.1轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)組成2.1.1轉(zhuǎn)向架總體ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計速度為135km/h，最高實際運(yùn)營速度為120km/h，國內(nèi)大多數(shù)地鐵

18、轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行速度都比該轉(zhuǎn)向架高，所以它的設(shè)計有它獨特的地方。ZMA120型轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、輪對軸箱裝置、彈性懸掛裝置、牽引裝置和基礎(chǔ)制動裝置組成，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1 ZMA120轉(zhuǎn)向架總體1-構(gòu)架；2-輪對軸箱裝置；3-一系懸掛裝置；4-二系懸掛裝置；5-牽引裝置；6-基礎(chǔ)制動裝置ZMA120型轉(zhuǎn)向架主要特點如下：1 ZMA120轉(zhuǎn)向架在國內(nèi)地鐵轉(zhuǎn)向架中是運(yùn)營速度最快的，并且能保障良好的運(yùn)行性能，車輛最大運(yùn)行速度時其豎向及橫向平穩(wěn)性指標(biāo)(W)能滿足W2.5。2其牽引電機(jī)在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上采用四點彈性架懸方式懸掛。3一系螺旋彈簧相對于車軸的中心線呈偏置設(shè)置，輪對采用轉(zhuǎn)臂定位。4為了提高

19、了車輛的抗側(cè)滾性能并減輕了轉(zhuǎn)向架的重量，抗側(cè)滾扭力桿布置在車體底架的下方。5轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板組焊成H形，采用不需進(jìn)行整體退火的焊接工藝。6牽引裝置采用結(jié)構(gòu)簡單的拉桿牽引方式。2.1.2 構(gòu)架組成構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，所以要求其具有足夠的剛度和強(qiáng)度。構(gòu)架全部采用焊接結(jié)構(gòu)，有兩根側(cè)梁和兩根橫梁焊接成“H”型（三維模型圖2-2）。側(cè)梁是采用箱型結(jié)構(gòu)，為中間下凹的魚腹結(jié)構(gòu)，側(cè)梁內(nèi)部設(shè)置間隔板，間隔板的位置根據(jù)受力情況而定。橫梁采用無縫鋼管，無縫鋼管兼作空氣彈簧的附加空氣室。車輛運(yùn)行在各種工況下時，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架會承受車體和其上部所有設(shè)備重量的垂向載荷，還有機(jī)車在運(yùn)行時因振動引起的垂向附加動

20、載荷。構(gòu)架還會承受車輛在運(yùn)行時因牽引產(chǎn)生的牽引力和制動產(chǎn)生的制動力，當(dāng)車輛在曲線上運(yùn)行時，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架還會受到離心力作用。車輛在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架會受到各種作用力。因此，為了使車輛正常行駛，轉(zhuǎn)向架正常工作，對于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度以及焊接強(qiáng)度都要有一定的要求，這樣才能滿足車輛日常的正常運(yùn)行。圖 2-2 構(gòu)架結(jié)構(gòu)1- 側(cè)梁；2-橫梁；3-二系垂向油壓減振器安裝座；4-一系彈簧安裝座；5-轉(zhuǎn)臂定位安裝座；6-抗側(cè)滾扭桿安裝座；7-電機(jī)懸掛座；8-齒輪箱吊座；9-制動安裝座；10-橫向止擋座；11-牽引安裝座；12-橫梁輔助梁2.2構(gòu)架焊接原則以下是對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接完成后的性能要求。1.轉(zhuǎn)向

21、架構(gòu)架總體符合GB/T7928-2003地鐵車輛通用技術(shù)條件。1) 車輛走行部的性能、主要尺寸應(yīng)該和所運(yùn)行軌道相互協(xié)調(diào)，并保證其相關(guān)部件在允許磨損范圍內(nèi)，依然能使列車在最高運(yùn)行速度時安全平穩(wěn)的運(yùn)行。2) 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗須要滿足UIC615-4的要求進(jìn)行。3) 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)應(yīng)做能夠改善內(nèi)應(yīng)力的處理。2 轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能滿足TB/T2360-93鐵道機(jī)車動力學(xué)性能試驗鑒定方法及評定方法。3 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架安全可靠，經(jīng)久耐用。4 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。5 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架易于維護(hù)，長使用壽命30年。構(gòu)架在焊接時主要采用的焊接方法有141和135，其中141是指TIG焊（鎢極惰性氣體保護(hù)）；13

22、5是指MAG焊（熔化極非惰性氣體保護(hù)焊）。在構(gòu)架焊接時，側(cè)梁上的對接焊縫點焊固定主要采用TIG直流正極性焊接，因為在對接焊縫除要求傳力均勻、傳力線不彎曲、應(yīng)力分布均勻。TIG焊的特點是工件焊后收縮小、變形小、電弧引燃容易、燃燒穩(wěn)定。由于它焊接速度慢，生產(chǎn)效率低、惰性氣體氬氣造價也比較貴，所以TIG焊接在構(gòu)架的制造中很少使用。在構(gòu)架上焊縫的滿焊時，都采用MAG焊接。是一種富氬混合氣體（CO2+Ar）保護(hù)焊。相對于純二氧化碳焊和氬氣保護(hù)焊，MAG焊接能夠保證焊接電弧穩(wěn)定，且在短路過渡焊接時能夠減少飛濺50%以上，正因為它的穩(wěn)定，所以形成的焊縫也美觀、均與，基本無氧化性，提高了焊接質(zhì)量和工藝性。對于

23、對接焊縫的滿焊在起落出會有缺陷，所以需要用引弧板。如果采用純CO2氣體保護(hù)焊，由于它的熱物理性質(zhì)特殊，使用常規(guī)焊接電源時，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡，所以相對氬氣保護(hù)焊飛濺多，焊縫不光滑。增加了焊后的工作量，同時也降低了焊接質(zhì)量。如下圖2-3，是兩種氣體焊縫的比較，可以看出CO2氣體保護(hù)焊的焊縫質(zhì)量相對氬氣保護(hù)焊較高。但是考慮到氬氣價格較高，所以在構(gòu)架焊接生產(chǎn)中采用富氬混合氣體保護(hù)焊。其中80%是氬氣，20%是二氧化碳，在保證能夠得到較好焊縫質(zhì)量的情況下盡量降低生產(chǎn)成本。 圖2-3 左圖為CO2氣體保護(hù)焊，右圖為氬氣保護(hù)焊對于焊絲的選擇要根據(jù)坡口形式、焊接方式、焊接板的厚度、

24、以及焊接電流大小來選擇焊絲直徑。根據(jù)表2-1焊絲直徑選擇原則和焊絲直徑與允許電流范圍可以知道，因為構(gòu)架側(cè)梁板厚在10-12mm之間，焊接電流350A,所以側(cè)梁焊接焊絲主要選用1.2mm的焊絲。直徑1.2mm的細(xì)焊絲適用于側(cè)梁全位置焊接，因為在多層焊縫時，較小的焊絲操作上容易控制，焊接精細(xì)，焊縫質(zhì)量高。每道焊縫的熔量小，也有效的減小了焊接的熱輸入，焊后應(yīng)力分布均勻，變形小。表 2-1焊絲直徑與板厚和電流大小的選擇關(guān)系焊絲直徑選擇（mm）焊絲直徑與允許電流范圍焊絲直徑熔滴過渡形式焊接板厚焊接位置焊絲直徑（mm）焊絲電流范圍（A）0.5-0.8短路過渡0.4-3.2全位置0.640-90射滴過渡2.

25、5-4水平0.850-1201.0-1.4短路過渡28全位置170-180射滴過渡212水平1.280-3501.6短路過渡312全位置1.6140-350射滴過渡8水平2200-5502.0短路過渡10水平射滴過渡2.2.1 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)該類型轉(zhuǎn)向架為B型車的轉(zhuǎn)向架。在國內(nèi)實際運(yùn)營速度達(dá)到了120km/h，能夠很好的滿足當(dāng)今城市的不斷擴(kuò)建以及人們對城市快速交通的運(yùn)營速度要求。南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車有限公司通過引進(jìn)廣州地鐵3號線車輛SF2500型轉(zhuǎn)向架，消化、吸收西門子的先進(jìn)設(shè)計技術(shù)，進(jìn)行自主化設(shè)計與制造的轉(zhuǎn)向架，即ZMA120型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架適用于國內(nèi)最高運(yùn)營速度為120km/h、最高

26、運(yùn)行速度為135km/h、最大軸重為14 t的B型地鐵。其主要技術(shù)參數(shù)如下表2-2：表2-2 ZMA120型轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)結(jié)構(gòu)速度 135kmh最大運(yùn)行速度120kmh軌距1435mm轉(zhuǎn)向架中心距12600mm固定軸距2300mm兩側(cè)梁橫向中心距2100mm車輪直徑840mm(全磨耗770mm)輪對內(nèi)側(cè)距(空載)1353mm軸重14.5t輪重偏差2一系垂向剛度1kNmm一系橫向剛度9kNmm一系縱向剛度17kNmm轉(zhuǎn)向架質(zhì)量5.9t一系懸掛方式螺旋鋼彈簧二系懸掛方式空氣彈簧軸箱定位方式轉(zhuǎn)臂式定位牽引力傳遞方式牽引桿基礎(chǔ)制動方式輪盤制動聯(lián)軸器柔性齒式聯(lián)軸器轉(zhuǎn)向架使用壽命30年2.3 構(gòu)架總體

27、焊接流程設(shè)計2.3.1構(gòu)架側(cè)梁焊接流程構(gòu)架側(cè)梁主要由上下蓋板、內(nèi)外側(cè)腹板、加強(qiáng)筋板、導(dǎo)柱等組成。側(cè)梁上除空氣彈簧導(dǎo)筒為其他材料的無縫鋼管外，其余材料均為16MnDR。16MnDR屬于低溫壓力容器鋼板。焊接側(cè)梁時，選用4塊鋼板焊接成側(cè)梁中部下凹的魚腹形箱型結(jié)構(gòu)（如圖2-4所示）。這種下凹的魚腹形箱型結(jié)構(gòu)具有剛性好、強(qiáng)度大、重量輕等的優(yōu)點。同時，側(cè)梁梁中間設(shè)計成這樣的下凹的形式是為了便于安裝空氣彈簧。在側(cè)梁上所有焊縫焊接坡口均采用機(jī)械加工形成。圖 2-4 構(gòu)架側(cè)梁1-上蓋板；2-下蓋板；3-橫梁安裝孔；4-內(nèi)腹板；5-節(jié)點座；6-筋板首先對側(cè)梁的來料按要求進(jìn)行檢查，合格的完成側(cè)梁組裝焊接，通過側(cè)梁

28、焊接、機(jī)械手焊接、側(cè)梁梁探傷調(diào)整和熱處理，最終完成側(cè)梁的焊接。側(cè)梁焊接流程如圖2-5。側(cè)梁探傷及熱處理整機(jī)械手焊接或者手工焊接側(cè)梁焊接側(cè)梁組焊來料檢查側(cè)梁成品質(zhì)量檢測小件組焊圖2-5 側(cè)梁焊接流程2.3.2 構(gòu)架橫梁焊接流程構(gòu)架橫梁采用的是Q345E無縫鋼管，因為Q345E無縫鋼管的綜合力學(xué)性能好，它的焊接性、耐腐蝕性能、冷熱加工性能均好，并且具有良好的低溫韌性。橫梁無縫鋼管其直徑為180mm，壁厚為10mm。通過橫梁安裝孔與前腹板焊接，在橫梁無縫鋼管表面用酸洗磷化，其內(nèi)腔還作為空氣彈簧的附加空氣室。橫梁上焊有牽引電機(jī)安裝座、橫向止擋安裝座、制動器安裝座和齒輪箱安裝座座。為避免應(yīng)力集中，各安裝

29、座與橫梁連接均設(shè)計為圓弧過渡連接。其中基礎(chǔ)制動安裝座和牽引電機(jī)座安裝座采用鑄件。橫梁結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。橫梁組成焊接采用的是半自動焊，在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接中，橫梁的組焊是一個難點。因為ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁采用兩根無縫鋼管，橫梁上小件組成多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接很容易變形、尺寸要求精度高，兩橫梁無縫鋼管的相對間距和平行度，以及其上的各安裝座位置和相對位置直接影響到下道工序與側(cè)梁組裝。圖 2-6 橫梁焊接結(jié)構(gòu)1-無縫鋼管；2-電機(jī)安裝座；3-橫向止擋安裝座；4-制動裝置安裝座；5-牽引裝置安裝座；6-齒輪箱安裝座；7-橫梁輔助梁橫梁組焊工藝流程（如圖2-7所示）是將橫梁無縫鋼管與橫梁小件按照合理的順

30、序組裝焊接起來的工藝過程。通過橫梁組焊、橫梁焊接、機(jī)械手焊接、橫梁探傷調(diào)整及熱處理，最終焊接出符合生產(chǎn)要求的橫梁。機(jī)械手焊接或者手工焊橫梁焊接橫梁組焊來料檢查橫梁探傷及熱處理整橫梁成品小件組焊質(zhì)量檢檢圖2-7 橫梁焊接流程合理的安排焊接順序和焊接工藝可以有效的控制焊接變形。每條焊縫的焊道之間溫度不得超過200C，橫梁上的所有焊縫整體保持對稱焊接。先焊接橫梁輔助梁與橫梁的焊縫(10mm深坡口焊縫)，將結(jié)構(gòu)固定，這樣可以增大橫梁組成整體的剛度，有利于后續(xù)對各安裝座的施焊。具體焊接順序為a1a2b1b2c1c2(a為打底焊道，b為填充焊道，c為蓋面焊道)(圖2-8)。圖 2-8 橫梁合成的焊接順序2

31、.3.3轉(zhuǎn)向架構(gòu)架合成焊接流程構(gòu)架組成采用平臺整體組對夾具，完成電機(jī)吊座，齒輪箱吊座，軸箱定位座等組對；側(cè)梁外部上、下蓋板與側(cè)立板焊縫和各種座的焊縫采用機(jī)械手進(jìn)行焊接；然后利用頭尾架式三軸變位機(jī)手工焊接剩余焊縫。轉(zhuǎn)向架總體焊接流程主要是完成側(cè)梁焊接、橫梁焊接、小件焊接，最終合成整個構(gòu)架的過程（圖2-9）。側(cè)梁焊接ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架入庫噴丸、油漆橫梁焊接小件焊接質(zhì)檢側(cè)梁與橫梁組焊探傷及熱處理圖2-9 ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接流程橫梁與側(cè)梁的對接形式主要是無縫鋼管的橫梁直接插入箱型結(jié)構(gòu)的側(cè)梁完成焊接，這種焊接形式屬于T型焊，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，焊絲填充量大，因此也容易導(dǎo)致連接處的變形。把測梁

32、組成和橫梁組成吊入構(gòu)架組裝胎內(nèi)組裝。首先進(jìn)行點固焊，然后吊入構(gòu)架焊接翻轉(zhuǎn)胎進(jìn)行后續(xù)焊接。橫梁組成與側(cè)梁組成之間的焊縫填充量大，容易導(dǎo)致構(gòu)架整體產(chǎn)生變形。通過合理的焊接工藝和焊接順序可以將焊接變形量控制在允許范圍內(nèi)。以保證下道工序能夠順利進(jìn)行，構(gòu)架合成焊接具體焊接順序為a1b1b2a2（a1、b1為打底焊道和填充焊道，b2、a2為蓋面焊道）。焊接合成順序如圖2-10。焊接完成之后對焊縫進(jìn)行磁粉探傷和打磨，完成質(zhì)檢，合格后組裝彈簧座板、空簧座板、氣室組成、托板組成等構(gòu)架上的小件。圖 2-10 構(gòu)架合成焊接順序第3章 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁焊接工藝設(shè)計根據(jù)基礎(chǔ)件要求檢查來料板材及鑄件表面質(zhì)量，是

33、否有油污或缺陷，焊縫周圍20mm范圍內(nèi)須認(rèn)真檢查。對于合格的來料都應(yīng)該是有合格標(biāo)志的并做好檢查記錄。第二步：下蓋板劃線，如圖3-4。清潔零件，清除工件表面雜質(zhì)，焊縫周圍20mm 范圍內(nèi)須露出金屬光澤；在劃線平臺上用角尺和劃針在下蓋板上以引弧板端部和兩端坡口為基準(zhǔn)劃橫向和縱向中心線；以劃好的中心線為基準(zhǔn)，劃筋板組裝位置。圖 3-4 側(cè)梁下蓋板劃線蓋飯之間對接間隙為35mm。圖 3-5 節(jié)點座組裝第四步：節(jié)點座點焊，焊接參數(shù)表3-2。圖 3-18 下蓋板與節(jié)點座對接焊縫焊縫。圖 3-19側(cè)梁中部斜蓋板與端部蓋板焊接表 3-22 側(cè)梁中部斜蓋板與端部蓋板hf16參數(shù)接頭形式焊接方法位置焊道焊條直徑電

34、流（A）電壓（V）最大最小最大最小141PA12.41651251311111PA23.21401302625111PA3-44.01801652523111PA5-75.02101902523圖 3-20上下蓋板與內(nèi)外側(cè)腹板長焊縫打底焊接各焊縫的參數(shù)見表3-23、3-24。圖 3-23 側(cè)梁上抗側(cè)滾扭桿和二系油壓減振器安裝座第九步： 引弧板切割用火焰切割各處引弧板，要求不傷及焊縫及母材，余高3-4mm。第十步：切割處打磨將切割端面用砂輪磨平并用拋光片拋光，要求打磨平滑，不傷及母材及側(cè)梁其它部位。第十一步：檢查并記錄檢查打磨質(zhì)量并做自檢互檢記錄，請檢查員檢查并做記錄。3.6側(cè)梁熱調(diào)修工藝設(shè)計熱

35、調(diào)修主要是按要求對焊縫進(jìn)行探傷處理，對焊縫的打磨，對不達(dá)要求的焊縫進(jìn)行手工補(bǔ)焊。熱調(diào)修中還會組焊吊掛件。按要求完成側(cè)梁彈簧筒調(diào)修以及側(cè)梁兩端調(diào)修，用高溫氣體加熱側(cè)梁與彈簧筒對接部位，采用線性加熱，加熱寬度最大寬度30mm，火焰加熱溫度小于600C，用測溫筆測量溫度；檢查工裝平面度和垂直度，最后待其自然冷卻。第一步：設(shè)備、工件檢查和工件放置工裝所有夾緊裝置處于松開狀態(tài)，部件齊全。變位器升降、翻轉(zhuǎn)靈活，控制器完好，有定檢合格證，確定在定檢期內(nèi)方可使用。焊機(jī)狀態(tài)良好，焊絲安裝正確，送絲系統(tǒng)正常，氣瓶垂直放置，氣體流量正常無泄漏。用天車將側(cè)梁清潔后放置到探傷檢查變位器上，定位夾緊。第二步：探傷檢查第4

36、章 ZMA120轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁焊接工藝設(shè)計圖 4-3橫梁橫向擋板組焊第六步：電機(jī)吊座焊接，圖4-4按照橫梁劃線位置，點焊固定電機(jī)吊座，調(diào)整位置，完成一側(cè)滿焊，再完成另一側(cè)滿焊。圖 4-4電機(jī)吊座焊接圖 4-6齒輪箱安裝座焊接第八步：制動裝置安裝座焊接，圖4-6按照劃線位置，對制動裝置安裝座點焊固定，調(diào)整安裝位置，對稱完成兩側(cè)焊接。圖 4-6制動裝置安裝座焊接第八步：橫梁焊縫檢查，打磨完成橫梁吊座的焊接后，對側(cè)梁上的焊縫按照相關(guān)工藝要求檢測，對不合格處按要求打磨。4.2橫梁熱平衡處理工藝設(shè)計用天車把橫梁支架放置在探傷檢查變位器上，目測各個焊縫是否焊接到位，不到位的進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時采用手工電弧焊。

37、采用磁粉探傷，當(dāng)出現(xiàn)有缺陷的焊縫時，先對焊縫表面進(jìn)行打磨處理，打磨后對焊縫進(jìn)行進(jìn)一步檢查，確認(rèn)補(bǔ)焊的措施。補(bǔ)焊焊接方法和參數(shù)參照之前的工序進(jìn)行設(shè)計。完成探傷檢查和補(bǔ)焊后進(jìn)行熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力，在保證工件的強(qiáng)度的條件下，增強(qiáng)焊縫的塑性和韌性。采用火焰加熱調(diào)整，火焰溫度控制在500600，火焰加熱寬度控制在30mm。熱處理完成后對側(cè)梁進(jìn)行尺寸檢查，包括兩無縫鋼管中心距離、電機(jī)吊座與制動安裝座間距、電機(jī)吊座與齒輪箱間距、齒輪箱與制動安裝座間距、以及各安裝座對稱距離等。檢查無誤后，將側(cè)梁吊出工裝，自然冷卻。第5章 構(gòu)架合成焊接工藝設(shè)計圖 4-1橫梁管與連接座組焊5.2構(gòu)架合成圖 5-2構(gòu)架合成5.3構(gòu)

38、架工裝設(shè)計5.3.1轉(zhuǎn)向架構(gòu)架工裝設(shè)計原則1 能夠方便施焊；2 工裝要選用強(qiáng)度和硬度交大的金屬材料；3 能夠提供足夠的力度以固定構(gòu)架；4 設(shè)計5 安全性。該設(shè)計的優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單；1 采用工字鋼板基座結(jié)構(gòu)減輕了工裝的重量；2 固定座和基座都采用相同的螺栓連接，便于更換和拆卸；3 利用構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計合適的工裝。5.4構(gòu)架焊縫檢驗融合和未焊透、形狀尺寸不良、殘余變形等。5.4.1 構(gòu)架焊縫檢測方法流，可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中有衰減的特性。射線檢測正是依據(jù)被檢工件由于成分、密度、厚度等的不同，對射線產(chǎn)生不同的的吸收或擴(kuò)散的特性，對被檢工件的質(zhì)量、尺寸、特性等作出判斷。5.4.2構(gòu)架焊

39、接質(zhì)量影響因素影響到整條焊縫的最終質(zhì)量。在焊接時受結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)焊縫約束過多時，必然使得殘余應(yīng)力增加。第6章 焊接流水線改進(jìn)6.1現(xiàn)有技術(shù)背景1. 料浪費多；2. 沒有全自動化的構(gòu)架焊接平臺，人力資源浪費多；3. 人工輔助時間過多；4. 構(gòu)架生產(chǎn)車間沒有節(jié)拍，焊接不連續(xù)，中間停頓時間多，庫存未成品多。6.2改進(jìn)方案為了解決以上問題，本文將對現(xiàn)有的生產(chǎn)流水線進(jìn)行改進(jìn)，是一種生產(chǎn)效率高，合理利用人力資源，使轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接實現(xiàn)節(jié)拍式的自動焊接流水線。本文將針對ZMA120型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁腹板與下蓋板長焊縫做出改進(jìn)，目前國內(nèi)生產(chǎn)時焊接過程如下圖6-1：圖 5-1現(xiàn)有焊接流程改進(jìn)后的流程圖6-2。圖 6

40、-2改進(jìn)焊接流程對于小車上的控制器設(shè)有異常自動緊急停止、伺服電機(jī)控制和信息收集等系統(tǒng)。對于6.3方案詳細(xì)介紹各裝未設(shè)計到天車的，可根據(jù)車間需要設(shè)計相應(yīng)的天車）。每個裝置都有線路接入PLC總控2。圖 6-3 焊接車間設(shè)備相對位置圖1-車間總顯示器；2-PLC總控；3-備料準(zhǔn)備臺；4-運(yùn)輸小車；5-緊急卸料臺；6-焊后成品臺；7-運(yùn)輸軌道；8-夾持設(shè)備；9-焊接機(jī)器人；10-焊接參數(shù)顯示器；11-車間總線6.3.1焊接流程設(shè)計料。包括小車的運(yùn)輸位置，以及速度大小、速度方向、垂直伸縮高度、水平位置、旋轉(zhuǎn)角度等。使小車沿著軌道7能在各設(shè)備間實現(xiàn)無人自動運(yùn)輸。第三步：當(dāng)小車到達(dá)指定的坐標(biāo)時，由C型自動夾

41、具8將工件從小車上取下，并旋轉(zhuǎn)180將工件面向焊接機(jī)器人9，C型夾具上設(shè)有壓力感應(yīng)器，根據(jù)不同的工件由PLC2總控系統(tǒng)設(shè)定不同的夾緊力度，以保證工件不會在夾具上錯位，導(dǎo)致焊縫的不準(zhǔn)備。（夾持設(shè)備機(jī)械臂見附圖CAD）。第四步：PLC總控將工件需要的焊接參數(shù)預(yù)先輸送給焊接機(jī)器人9，對于特殊的焊接要求可以人為的在對應(yīng)的焊接機(jī)器人顯示器10上修改，同時也能觀察到該焊接機(jī)器人的工作狀況。焊接機(jī)器人將根據(jù)距離感應(yīng)器自動尋找工件焊縫起點和終點。機(jī)器人的焊接參數(shù)在對于多道焊縫時采用按一定比例依次遞減，以此來滿足焊縫的成型和輸入熱量的控制。第五步：當(dāng)工件完成該焊接機(jī)器人的焊接工序后，由夾具8旋轉(zhuǎn)180度，PLC

42、控制小車到達(dá)指定的位置，夾具通過壓力感應(yīng)器控制夾持壓力，將工件放在小車上，完成這一步驟后，PLC控制小車到達(dá)下一工序位置，以此循環(huán)，知道完成所有的自動焊接。第六步：PLC總控通過檢測各焊接機(jī)器人的焊接狀況，根據(jù)焊接是否達(dá)到要求來判定工件是否焊接合格，對于合格的工件，通過小車將工件運(yùn)輸?shù)胶细裾{(diào)修臺6。此位置可以由工人對完成自動焊接的工件做必要的熱調(diào)修和焊縫檢測，對于合格的工件進(jìn)行焊縫打磨。第七步：當(dāng)PLC檢測到有焊接不合格的工件時，將對對應(yīng)的機(jī)器人發(fā)出緊急停止命名，同時控制夾具將工件卸下，并有小車將工件運(yùn)輸?shù)骄o急卸料臺5進(jìn)行人工修復(fù)，對于修復(fù)好的工件將由天車將工件吊運(yùn)到備料臺3，再通過小車將工件

43、運(yùn)輸?shù)叫枰M(jìn)行的下一步焊接的焊接機(jī)器人處完成焊接。第八步：PLC對夾具8的壓力控制的同時，還通過在一定時間內(nèi)的壓力來判定夾具8上是否有工件，對于沒有進(jìn)行焊接的機(jī)器人將顯示在顯示器1上，工人可觸控顯示器1實現(xiàn)對該焊接機(jī)器人進(jìn)行關(guān)機(jī)處理。對于PLC總控系統(tǒng)中，有時間控制系統(tǒng)，它將合理的安排小車何時運(yùn)行到相關(guān)位置，在第一時間完成工件在夾持裝置上的上下料。PLC總控制系統(tǒng)中還有安全控制系統(tǒng)，通過車間內(nèi)的各種感應(yīng)器判定流水線上是否有其他物件以及工人。當(dāng)安全系統(tǒng)感知流水線非安全范圍內(nèi)存在其他物件或者工人時，它將對PLC總控執(zhí)行鎖定程序，使得各設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)。直到人工排除此因素后，安全系統(tǒng)將撤銷對總控系統(tǒng)

44、的鎖定。在車間設(shè)備工作期間，安全系統(tǒng)將一直處于掃描狀態(tài)，以隨時保證工作環(huán)境的安全。6.4 該方案的優(yōu)點（1）所有的工序都由PLC主控系統(tǒng)統(tǒng)一控制和實施，使構(gòu)架實現(xiàn)了連續(xù)的焊接，大大提高了生產(chǎn)效率；（2）由于焊縫都統(tǒng)一采用機(jī)器人自動焊接，對于設(shè)定好的焊接參數(shù)，機(jī)器人焊接質(zhì)量高，變量??；（3）在整個焊接和運(yùn)輸過車中實現(xiàn)了全自動化，避免了對公工人的人身傷害，在安全方面有極大的提高。結(jié)論本文通過對目前國內(nèi)運(yùn)營速度達(dá)到120km/h的B型地鐵的轉(zhuǎn)向架分析研究，其采用的是ZMA120型構(gòu)架，該轉(zhuǎn)向架是株洲電力機(jī)車通過吸收國內(nèi)引進(jìn)的西門子的技術(shù)，結(jié)合國情自行研制的地鐵轉(zhuǎn)向架。本文通過對該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的Pro/E三維建模，分析了該型構(gòu)架的主要結(jié)構(gòu)和作用，進(jìn)而對構(gòu)架的焊接工藝進(jìn)行了分析，并對側(cè)梁的焊接工藝做了詳細(xì)的分析。從側(cè)梁組裝到最后調(diào)修做了一個細(xì)致的概括。通過對構(gòu)架整體的焊接工藝分析比較，本文還針對側(cè)梁上的主要焊縫進(jìn)行了工藝設(shè)計，包括焊接步驟和相關(guān)的焊接參數(shù)。該構(gòu)架采用比較典型的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，對主要焊縫采用多層多次重復(fù)焊接，并將人工焊接和機(jī)械手焊接結(jié)合使用，使得焊后構(gòu)架整體的變形量小，殘余應(yīng)力分布均勻。構(gòu)架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在不同的結(jié)構(gòu)處需要采用不同的焊接工藝。對于要求比較高的焊接位置，在焊接完成后還需要