CN104475997A - 动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法 - Google Patents

动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法 Download PDF

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Abstract

一种动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，优化三维曲面司机室铝结构，将整体司机室划分为五个分模块；设计制作相应的各部件专用组焊工装；完成部件的生产制造；最后完成三维曲面司机室总成工序。本发明能够使得制造工艺更加简洁明了，通过分块制造能够提高并行工序数量，减少整体制造的生产周期，分工更清晰，质量控制更明确；相比原来整体制造方法来说，将整体司机室三维曲面尺寸控制分散到各个部件分别控制，降低了质量控制难度，能够大大提高单部件生产的质量，提高产品生产效率；减少了仰角位置的焊接工作，降低司机室总成的劳动强度和难度，提高流线型司机室铝结构的生产效率及整体质量。

Description

动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法
技术领域
本发明涉及轨道客车模块化制造工艺，尤其是涉及三维曲面司机室铝结构模块化制造方法。
背景技术
目前国内在铁道车辆三维曲面司机室制造技术中，普遍采用铝合金整体骨架配合玻璃钢或碳纤维材质的三维曲面外壳完成，而针对某些动车组全铝结构司机室的制造技术，采用先合成骨架，然后再往骨架上铺三维曲面蒙皮的方式进行生产，焊接位置复杂、焊接作业量较大，劳动强度高，并且该方案中自由焊接结构件数量多，焊接变形大，导致司机室产品合格率低，质量统一性差。
发明内容
本发明主要目的是将高速动车组三维曲面司机室铝结构采用模块化制造，将其先分为5个部件分别制造再合成一体，增加了三维曲面司机室制造过程的并行工序，减少司机室整体生产周期，增加单部件质量控制环节，提高流线型司机室整体铝结构质量。
为实现上述目的，本发明提供一种动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）优化三维曲面司机室铝结构，将整体司机室划分为五个分模块，即前墙、车顶、左侧墙、右侧墙、环形框；
（2）确定三维曲面司机室铝结构各个模块合成工艺技术方案，设计制作相应的各部件专用组焊工装；
（3）在前墙、车顶、左侧墙、右侧墙、环形框五个大部件组焊工装内完成各个部件的组对及焊接，完成部件的生产制造；
  （4）最后在三维曲面司机室总成工装内，通过连接梁和板材的过渡结构，将五个模块组对焊接成为一个整体，完成三维曲面司机室总成工序。
侧墙组焊工装包括长纵梁定位、压紧块、短纵梁定位、立柱定位、主体框架，长纵梁定位每隔450-550mm设置一组，与主体框架采用螺栓连接，压紧块设置在侧墙短纵梁上方，采用长柄螺栓与主体框架连接，短纵梁定位与压紧块配合使用，采用螺栓与主体框架连接，立柱定位采用螺栓与主体框架连接，与短纵梁定位交替排列。
侧墙蒙皮组焊工装包括随形定位卡板、端部定位、通用压紧装置、底部定位，端部定位与底部定位分别定位侧墙的端部和底部，端部定位和底部定位与工装主体框架采用焊接的方式连接固定；每隔0.5-1.5米设置一个随形定位卡板，随形定位卡板定位面与侧墙弧面一致，随形定位卡板与工装主体框架采用焊接的形式连接固定；通用压紧装置设置在侧墙中部窗口位置，压紧装置与框架主体采用焊接连接方式。
挡风玻璃安装框架组焊工装包括加强梁定位、弯梁定位及压紧装置、横梁定位、主体框架，加强梁定位通过螺栓与定位板固定，定位板与工装主体框架焊接固定在一起；弯梁定位及压紧装置以环形布置在主体框架周围，通过焊接的方式与主体框架固定在一起；横梁定位与主体框架采用焊接的方式固定在一起，主要负责固定挡风玻璃安装框架横梁。
车顶组焊工装包括加强梁定位、弯梁定位、纵梁定位、主体框架、挡风玻璃安装框定位，加强梁定位配合挡风玻璃安装框定位，对挡风玻璃安装框及周围加强梁进行固定，加强梁定位通过焊接的方式与主体框架固定，挡风玻璃安装框定位通过定位螺栓与主体框架固定连接；弯梁定位与车顶七根弯梁对应，在弯梁中间位置定位，定位与主体框架采用焊接的方式完成固定连接；纵梁定位延车顶两底边纵向方向分布，定位距离根据结构需求设置，纵梁定位与主体框架采用焊接方式连接固定。
前墙合成工装包括长臂压紧装置、短臂压紧装置、主体框, 前墙合成夹具的主体框架形成了一个组对平台，长臂压紧装置与短臂压紧装置通过螺栓固定在这个平台上。
环形框组焊工装包括顶紧装置、主体框架、外侧定位，按照环形框外形路径，外侧定位与内部顶紧装置配合，左右各三组，上部两组，完成整个环形框固定，所有定位与顶紧装置采用螺栓与主体框架连接固定。
三维曲面司机室总成工装包括车顶吊装夹具、框架立柱、框架基座、前墙定位、侧墙随形定位板，框架基座为横纵梁螺栓连接结构，总成夹具以框架基座为基础，先安装框架立柱，立柱上方与车顶吊装夹具螺栓连接固定，下方与框架基座采用螺栓连接固定；装前墙定位与框架基座采用双直线导轨滑道连接，方便前墙定位前后移动调整整个司机室长度。
三维曲面司机室总成工序是先完成左右侧墙与环形框的焊接，再完成左右侧墙与前墙的焊接，接着完成车顶与环形框的焊接，然后完成车顶与前墙的焊接，最后完成车顶与左右侧墙的焊接。
本发明相对于背景技术具有的优点和进步：
1、将原三维曲面整体司机室结构优化分为五个模块制造后，能够使得制造工艺更加简洁明了，通过分块制造能够提高并行工序数量，减少整体制造的生产周期，分工更清晰，质量控制更明确。
2、针对每个单部件合成制作专用工装后，相比原来整体制造方法来说，将整体司机室三维曲面尺寸控制分散到各个部件分别控制，降低了质量控制难度，能够大大提高单部件生产的质量，提高产品生产效率；
3、在三维曲面司机室总成阶段，五个模块合成比原整体合成方案缩短流线型司机室铝结构的组焊时间，减少了仰角位置的焊接工作，降低司机室总成的劳动强度和难度，提高流线型司机室铝结构的生产效率及整体质量。
附图说明
图1是本发明模块化制造分块示意图；
图2是侧墙骨架组焊夹具示意图；
图3是侧墙蒙皮组焊夹具示意图；
图4是挡风玻璃安装框架组焊夹具示意图；
图5是车顶组焊夹具示意图；
图6是前墙合成的工装夹具示意图；
图7是环形框组焊夹具示意图；
图8是三维曲面司机室总成工装夹具示意图。
具体实施方式
一、划分结构
参照图1，车顶1、右侧墙2、前墙3、左侧墙4、环形框5；
将司机室结构划分为前墙、车顶、左侧墙、右侧墙、环形框五个大部件；
或者将司机室结构划分为前墙、车顶、左侧墙、右侧墙四个大部件，将环形框分成三部分分配到左右侧墙及车顶端部，作为左右侧墙及车顶的一部分；
或者从车顶中分离出前窗框，从而将司机室划分为前墙、前窗框、车顶、左侧墙、右侧墙、环形框六个大部件，即将车顶的前窗框部分单独作为一个模块合成；
或者从车顶中分离出前窗框，将司机室划分为前墙、前窗框、车顶、左侧墙、右侧墙五个大部件，将环形框拆分成三部分分配到左右侧墙及车顶端部分，作为左右侧墙及车顶的一部分；
二、设计制造组焊夹具
参照图2，侧墙组焊夹具中，长纵梁定位201，压紧块202,短纵梁定位203，立柱定位204，主体框架205；长纵梁定位每隔500mm左右设置一组，与主体框架采用螺栓连接，方便更换检修；压紧块设置在侧墙短纵梁上方，采用长柄螺栓与主体框架连接；短纵梁定位与压紧块配合使用，采用螺栓与主体框架连接；立柱定位采用螺栓与主体框架连接，与短纵梁定位交替排列。
参照图3，侧墙蒙皮组焊夹具中，随形定位卡板206，端部定位207,通用压紧装置208，底部定位209；端部定位与底部定位分别定位侧墙的端部和底部，定位与工装主体框架采用焊接的方式连接固定；每隔1米左右设置一个随形定位卡板，卡板定位面与侧墙弧面一致，卡板与工装主体框架采用焊接的形式连接固定；通用压紧装置设置在侧墙中部窗口位置，压紧装置与框架主体采用焊接连接方式。
参照图4，挡风玻璃安装框架组焊夹具中，加强梁定位6，弯梁定位及压紧装置7,横梁定位8，主体框架9，加强梁定位通过螺栓与定位板固定，定位板与工装主体框架焊接固定在一起；弯梁定位及压紧装置以环形布置在主体框架周围，通过焊接的方式与主体框架固定在一起；横梁定位与主体框架采用焊接的方式固定在一起，主要负责固定挡风玻璃安装框架横梁。
参照图5，车顶组焊夹具中，加强梁定位101，弯梁定位102,纵梁定位103，主体框架104,挡风玻璃安装框定位105，加强梁定位配合挡风玻璃安装框定位，对挡风玻璃安装框及周围加强梁进行固定，加强梁定位通过焊接的方式与主体框架固定，挡风玻璃安装框定位通过定位螺栓与主体框架固定连接；弯梁定位与车顶七根弯梁对应，在弯梁中间位置定位，定位与主体框架采用焊接的方式完成固定连接；纵梁定位延车顶两底边纵向方向分布，定位距离根据结构需求设置，纵梁定位与主体框架采用焊接方式连接固定。
参照图6，前墙合成的工装夹具中，长臂压紧装置301,短臂压紧装置302，主体框303, 前墙合成夹具的主体框架形成了一个组对平台，长臂压紧装置与短臂压紧装置通过螺栓固定在这个平台上。
参照图7，环形框组焊夹具中，顶紧装置501，主体框架502,外侧定位503；按照环形框外形路径，外侧定位与内部顶紧装置配合，左右各三组，上部两组，完成整个环形框固定，所有定位与顶紧装置采用螺栓与主体框架连接固定。
参照图8，三维曲面司机室总成工装夹具中，车顶吊装夹具10,框架立柱11，框架基座12,前墙定位13，侧墙随形定位板14，框架基座为横纵梁螺栓连接结构，总成夹具以框架基座为基础，先安装框架立柱，立柱上方与车顶吊装夹具螺栓连接固定，下方与框架基座采用螺栓连接固定；装前墙定位与框架基座采用双直线导轨滑道连接，方便前墙定位前后移动调整整个司机室长度。
三、完成各个部件的生产制造
将组件放入各个部件组焊夹具内，压紧点固，完成焊接调修；
四、完成整个三维曲面司机室的合成焊接
将合格的大部件组对到司机室总成工装夹具内，先完成左右侧墙与环形框的焊接，再完成左右侧墙与前墙的焊接，然后完成车顶与环形框的焊接，完成车顶与前墙的焊接，最后完成车顶与左右侧墙的焊接。
或者先完成侧墙与环形框的焊接，再完成车顶与环形框的焊接，然后完成车顶与侧墙的焊接，最后完成侧墙、车顶与前墙的焊接。
如果环形框未单独合成而是作为侧墙车顶的一部分的结构，组对到司机室总成夹具时，先完成侧墙与车顶环形框位置焊接，再完成车顶与侧墙其他位置的焊接，最后完成侧墙、车顶与前墙的焊接。
如果单独合成前窗框，在司机室总成时，有环形框结构时先组对环形框，然后组对左右侧墙，然后组对前窗框，再组对车顶，然后按照此顺序完成焊接作业。

Claims (9)

1.一种动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）优化三维曲面司机室铝结构，将整体司机室划分为五个分模块，即前墙、车顶、左侧墙、右侧墙、环形框；
（2）确定三维曲面司机室铝结构各个模块合成工艺技术方案，设计制作相应的各部件专用组焊工装；
（3）在部件组焊工装内完成各个部件的组对及焊接，完成部件的生产制造；
  （4）最后在三维曲面司机室总成工装内，通过连接梁和板材的过渡结构，将五个模块组对焊接成为一个整体，完成三维曲面司机室总成工序。
2.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：侧墙组焊工装包括长纵梁定位、压紧块、短纵梁定位、立柱定位、主体框架，长纵梁定位每隔450-550mm设置一组，与主体框架采用螺栓连接，压紧块设置在侧墙短纵梁上方，采用长柄螺栓与主体框架连接，短纵梁定位与压紧块配合使用，采用螺栓与主体框架连接，立柱定位采用螺栓与主体框架连接，与短纵梁定位交替排列。
3.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：侧墙蒙皮组焊工装包括随形定位卡板、端部定位、通用压紧装置、底部定位，端部定位与底部定位分别定位侧墙的端部和底部，端部定位和底部定位与工装主体框架采用焊接的方式连接固定；每隔0.5-1.5米设置一个随形定位卡板，随形定位卡板定位面与侧墙弧面一致，随形定位卡板与工装主体框架采用焊接的形式连接固定；通用压紧装置设置在侧墙中部窗口位置，压紧装置与框架主体采用焊接连接方式。
4.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：挡风玻璃安装框架组焊工装包括加强梁定位、弯梁定位及压紧装置、横梁定位、主体框架，加强梁定位通过螺栓与定位板固定，定位板与工装主体框架焊接固定在一起；弯梁定位及压紧装置以环形布置在主体框架周围，通过焊接的方式与主体框架固定在一起；横梁定位与主体框架采用焊接的方式固定在一起，主要负责固定挡风玻璃安装框架横梁。
5.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：车顶组焊工装包括加强梁定位、弯梁定位、纵梁定位、主体框架、挡风玻璃安装框定位，加强梁定位配合挡风玻璃安装框定位，对挡风玻璃安装框及周围加强梁进行固定，加强梁定位通过焊接的方式与主体框架固定，挡风玻璃安装框定位通过定位螺栓与主体框架固定连接；弯梁定位与车顶七根弯梁对应，在弯梁中间位置定位，定位与主体框架采用焊接的方式完成固定连接；纵梁定位延车顶两底边纵向方向分布，定位距离根据结构需求设置，纵梁定位与主体框架采用焊接方式连接固定。
6.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：前墙合成工装包括长臂压紧装置、短臂压紧装置、主体框, 前墙合成夹具的主体框架形成了一个组对平台，长臂压紧装置与短臂压紧装置通过螺栓固定在这个平台上。
7.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：环形框组焊工装包括顶紧装置、主体框架、外侧定位，按照环形框外形路径，外侧定位与内部顶紧装置配合，左右各三组，上部两组，完成整个环形框固定，所有定位与顶紧装置采用螺栓与主体框架连接固定。
8.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：三维曲面司机室总成工装包括车顶吊装夹具、框架立柱、框架基座、前墙定位、侧墙随形定位板，框架基座为横纵梁螺栓连接结构，总成夹具以框架基座为基础，先安装框架立柱，立柱上方与车顶吊装夹具螺栓连接固定，下方与框架基座采用螺栓连接固定；装前墙定位与框架基座采用双直线导轨滑道连接，方便前墙定位前后移动调整整个司机室长度。
9.根据权利要求1所述的动车组三维曲面司机室铝结构模块化制造方法，其特征在于：三维曲面司机室总成工序是先完成左右侧墙与环形框的焊接，再完成左右侧墙与前墙的焊接，接着完成车顶与环形框的焊接，然后完成车顶与前墙的焊接，最后完成车顶与左右侧墙的焊接。
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