CN107498180A - 标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法 - Google Patents

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Abstract

标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法属于标准化动车组的底架大部件整体组焊定位辅助装置及其使用方法领域,该定位装置包括FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装和多个边梁中部侧向顶紧机构。本发明装置的FE端定位工装、端底架定位工装等部件可以实现模块化批量生产,方便检修和养护,并降低生产成本,成为流水线作业的基础部件,其使得底架组焊后再进行整体加工的后续工艺新方法也成为可能,该后续的整体加工的方法可有效保证底架几何尺寸和地板门口位置尺寸、底架对角线尺寸、底架整长尺寸等,更有利于提高产品制造精度和成形质量。

Description

标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法
技术领域
本发明属于标准化动车组的底架大部件整体组焊定位辅助装置及其使用方法领域,具体涉及一种标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法。
背景技术
如图1至图4所示,现有的中国标准化动车组列车的头车底架19是数十米长的整体组焊大部件,该底架19包括地板19-1、两根边梁19-2、FE(underframe front end;底架前端)端19-3和端底架19-4,两根边梁19-2彼此对称,其前端设有边梁内弯弧段19-2-1,边梁19-2的下端面设有内腔较宽但开口较小的边梁长槽19-2-2。
如图6a和图6b所示,端底架19-4包括通过筋板平行焊接的端底架长盖板19-4-1和端底架短盖板19-4-2以及同时与其二者垂直焊接的端底架前端圆弧板19-4-3,其中端底架长盖板19-4-1的上端面用于与地板19-1焊接,端底架19-4的纵向中线平面必须与以地板19-1为核心结构的头车底架19的XOZ整体纵向中线平面重合,并且端底架前端圆弧板19-4-3的后端面距离以地板19-1为核心结构的头车底架19的整体纵向距离值也必须符合图纸给定的已知理论尺寸L1。端底架前端圆弧板19-4-3的两侧分别对称地设有内凹斜框窗口19-4-3-1。
FE端19-3的核心结构是如图7所示的FE端车钩座接口面板19-3-1,按照图纸理论尺寸的设计要求,该FE端车钩座接口面板19-3-1的矩形窗口中心点必须严格在列车的纵向中线平面以内,也即:FE端19-3自身的纵向中线平面在组焊后,必须与以地板19-1为核心结构的头车底架19的XOZ整体纵向中线平面重合。并且,FE端车钩座接口面板19-3-1的前端面距离以地板19-1为核心结构的头车底架19的整体纵向距离值也必须符合图纸给定的已知理论尺寸L2。
现有的底架19组焊核心工艺步骤为:
步骤一:按照图纸理论尺寸制作两根边梁19-2单件,其两条边梁的相对侧壁采用图5a所示的搭接结构形式;
步骤二:按照图纸理论尺寸制作地板19-1单件,其地板两侧也采用图5a所示的搭接结构形式;
步骤三:将端底架19-4分别与两根边梁19-2前端的边梁内弯弧段19-2-1以搭接的形式组焊,再将端底架前端圆弧板19-4-3与两根边梁19-2的末端搭接组焊,从而形成图8所示的框架结构K;
步骤四:将步骤二所述的符合图纸理论尺寸的标准地板19-1落入步骤三所述的框架结构K上,将端底架长盖板19-4-1的上端面与地板19-1焊接,并以图5a所示的搭接组焊的形式将地板19-1的两侧分别与对应的边梁19-2完成组对焊接,从而完成底架19整体组焊工序的核心步骤,最终形成图1所示的完整底架19;
然而,按照上述的现有底架组焊核心工艺所完成的底架整体组焊方法存在以下显著缺点:
缺点1:由于该步骤四采用图5a所示的搭接焊接形式,因此,必须首先在步骤一和步骤二分别按照图纸理论尺寸制作两根边梁19-2单件以及地板19-1单件,这使得制作完成后两种单件的尺寸无法再改变,没有尺寸加工余量和反焊接变形调修余量,然而,即便其二者均分别符合图纸理论尺寸的要求,但其在后续步骤四的组焊过程中,组对尺寸误差和焊接冷却变形依然不可避免地会影响到底架19的整体组焊精度,从而造成两侧边梁19-2无法关于XOZ中心平面对称、地板9-1相对位置偏差、底架对角线尺寸偏差、FE端19-3自身的纵向中线平面无法与以地板19-1为核心结构的头车底架19的XOZ整体纵向中线平面重合、或端底架9-4的纵向中线平面无法与以地板19-1为核心结构的头车底架19的XOZ整体纵向中线平面重合等问题,进而影响底架整体尺寸的验收合格率。
缺点2:为了分别确定图纸给定的已知理论尺寸L1和理论尺寸L2的实际值,工作人员需要在数十米长的组焊工位上反复实施长距离的尺寸测量,其测量过程费时费力,精度差、效率低。
缺点3:由于该步骤四采用图5a所示的搭接焊接形式,因此导致自动焊激光跟踪器与边梁19-2干涉,无法实施自动焊技术。进而造成约96米长的边梁19-2焊缝均必须由焊接技师凭借手工焊接完成,从而造成焊缝强度低、焊缝成型不良、工作效率低、劳动强度大等问题。
缺点4:该现有的底架合成工序步骤较繁琐,主体分为两次焊接及三次机加工,共需投入五套不同大型夹持或翻转定位工装,占用场地资源且工装制造成本较高,多次装夹定位及起吊、运输等过程将占用大量生产时间,占用人力及天车等运输资源较大,设备周转率低、生产周期长,影响流水线的生产效率和经济效益。
另一方面,如图5b所示的地板与侧梁插接组焊的形式是已经成熟的现有技术,其通过改变焊缝的组焊对接方向,解决了自动焊激光跟踪器与边梁型材干涉的问题,因此可以实现同一条焊缝的打底焊及盖面焊两个工序合并为一次性完成的自动焊技术。由此,通过该插接组焊工艺可以使得自动焊激光跟踪器直接应用于此类插接焊缝的打底焊及盖面焊制造过程,从而高效地同步完成地板19-1与边梁19-2的数十米焊缝作业,并且可以大量节约生产时间,在提高焊接品质的同时,还能提高设备周转效率和生产效率。
然而,若将前述步骤一和步骤二所述两根边梁19-2单件以及地板19-1单件均从图5a所示的搭接结构形式直接更改为如图5b所示的插接结构形式时,则需改变现有步骤三,将其更改为先将地板19-1与两根边梁19-2插接组焊,然后再分别与FE端19-3和端底架19-4实施组装和焊接。但这同时也导致FE端19-3将无法从与两根边梁内弯弧段19-2-1的开口端以插接的形式与两根边梁19-2实施插接配合,从而形成工艺上的矛盾,致使前述工艺无法实施。
因此,如何设计研发一款全新的底架合成定位装置及其定位方法,使其可以同时克服该现有的底架合成工序的四大缺点,并完美解决搭接结构形式改为插接结构形式时FE端19-3将无法从与两根边梁内弯弧段19-2-1的开口端以插接的形式与两根边梁19-2实施插接配合的技术问题,已成为亟待攻克的技术难关。
发明内容
为了解决现有标准化动车组底架合成方法工序步骤较繁琐,需要投入五套不同大型夹持或翻转定位工装、工作人员需要在数十米长的组焊工位上反复实施长距离的尺寸测量,其测量过程费时费力、精度差、生产效率低下,搭接形式的边梁与地板组对焊缝导致FE端将无法从与两根边梁内弯弧段的开口端以插接的形式与两根边梁实施插接配合,致使自动焊技术无法直接实施,进而造成数十米的焊缝均须手工焊接完成,由此产生焊缝强度低、劳动强度大、生产效率低的技术问题,本发明提供一种标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:
标准化动车组底架合成定位装置包括FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装和多个边梁中部侧向顶紧机构,FE端定位工装用于装夹和定位底架的FE端,端底架定位工装用于装夹和定位底架的端底架,底架中线定位工装用于定位底架长度方向上的中线以及底架的中心,多个边梁中部侧向顶紧机构用于定位底架的边梁中部;底架中线定位工装包括四个定位基座,四个定位基座上依次设置有定位点A、定位点B、定位点C和定位点D共四个定位点,线段AB对应靠近端底架一侧的转向架的中心线位置,线段CD对应靠近FE端一侧的转向架的中心线位置,ABCD四个定位点的顺次连线构成一个矩形结构,矩形结构短边中线到底架地板的投影面为车厢中轴平面XOY,底架长度方向上的中线在车厢中轴平面XOY内;FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装和多个边梁中部侧向顶紧机构沿底架长度方向的中线均与底架长度方向上的中线平行,且均位于车厢中轴平面XOY内。
基于上述标准化动车组底架合成定位装置的定位方法,其包括如下步骤:
步骤一:将底架中线定位工装上的定位点A、定位点B、定位点C、定位点D四个定位点分别按照底架端底架一侧的转向架的中线以及FE端一侧的转向架的中线的图纸理论间距对应固定在地面上,以ABCD四个定位点的上端面作为XOY水平参考平面,以底架的纵轴方向作为X轴方向,并将矩形ABCD的重心点O作为三轴直角坐标系的原点,建立XYZ平面直角坐标系,其中线段MN是矩形ABCD的短边中线;
步骤二:以O点作为起点,在步骤一所述线段MN的延长线上测量长度为L2的水平距离,从而确定出一个垂直于X轴且到O点的距离为L2的竖直平面W,此后,使FE端定位工装的中线平面与底架的图纸理论中线平面重合,并使限位块的端头平面与平面W重合,依据已知的限位块的端头平面与平面W将FE端定位工装布置于地面上,在边梁弧形端压紧机构和FE端定位工装二者上布置一个辅助定位工装,从而完成FE端定位工装的布局作业;
步骤三:设端底架前端圆弧板的几何中心点为P,则,以O点作为起点,在步骤一所述线段NM的延长线上测量长度为L1的水平距离,从而确定出端底架前端圆弧板所在平面距离YOZ平面的图纸理论位置,进而确定出端底架前端圆弧板的几何中心点为P的布置位置;依据已知的P点位置,将端底架定位工装布置于地面上,并将另一个支撑架固定在支撑平台上,从而完成端底架定位工装的布局作业;
步骤四:应用自动激光跟踪及自动焊接技术高效制造带有侧梁的地板大部件,其具体包括如下子步骤:
步骤4.1:将地板与边梁连接处的结构由搭接结构改为插接结构形式,将地板置于多个边梁中部侧向顶紧机构的基座上,每一个边梁中部侧向顶紧机构的中段用于使地板处于同一水平面上,边梁中部侧向顶紧机构两端的水平丝杠顶紧器则用于从相对的两个方向将边梁的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,完成两根边梁分别与地板的插接组对;
步骤4.2:使用现有的插接结构利用自动激光跟踪及自动焊接技术直接对步骤4.1所述地板与边梁所成插接焊缝实施上端面各焊缝的打底焊、盖面焊双丝自动焊接,从而形成带有侧梁的地板大部件;其中,边梁与地板的前端两侧焊缝预留850mm的后续焊接预留段,使两根边梁内弯弧段的开口端预留出3491.5mm的焊缝暂不焊接;
步骤4.3:待带有侧梁的地板大部件冷却后,将其翻转并重复步骤4.1至步骤4.2的装夹和焊接过程,完成对带有侧梁的地板大部件下端面焊缝的自动激光打底焊、盖面焊双丝自动焊接;待其再次冷却后,对其进行焊接变形调修和整体机加工,从而减少变形误差,并使其整体尺寸符合图纸理论值;
步骤五:多个辅助支撑座的结构与顶紧座的结构完全相同,多个辅助支撑座排成一列并均固定在底架中线定位工装的基座上;将FE端与步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤5.1:将一个边梁压紧机构平行布置于临近FE端的底架中线定位工装的前方,并在该边梁压紧机构的基座上布置一个支撑架的两条支腿,该支撑架另一端的两条支腿由定位座支撑,使边梁压紧机构避让开每一个对缝压紧器,并使地板的端部搭在支撑架的中段;此后,利用定向定量支撑机构将步骤4.2所述两根边梁内弯弧段的开口端向左、右同步撑开,具体做法为:首先转动进给调节螺栓,利用其垂向丝杠机构的竖直向下动作,压迫梯形传导块,并驱动两个偏心调节端座沿水平滑道向左、右两侧同步顶紧两根边梁内弯弧段的相对内侧壁,使两根边梁内弯弧段彼此进一步分开一段距离;
步骤5.2:沿轨道滑动定位座,使车钩面定位板移动至距离限位块100mm的位置,便于FE端的落入;此后,将FE端落入两根边梁内弯弧段内,使其位于支撑架前端,并使其下端面的后端与地板拼接成缝;支撑架的各条支腿可用于调整FE端与FE端定位工装的匹配高度;
步骤5.3:将FE端的底板与地板接缝处高度调平,其具体过程为:将FE端后方下端面坐落于多个对缝压紧器的对缝压紧器支撑平台上,并使每一个竖板均从FE端与地板的接缝中穿出;此后,利用固定座的向下椅形压紧块,使得每一个对缝压紧器中的一个压板压紧地板,另一个压板压紧FE端的底板,辅助支撑座直接支撑在临近对缝压紧器的地板下方,从而实现二者接缝处高度的焊接定位调平作业;
步骤5.4:将定心螺栓与FE端定位工装上对应的T形槽定位连接,从而使定向定量支撑机构的纵向中线平面与以车钩座定位机构为基础的FE端定位工装的中线平面重合;接着,通过将V形定位座与V形槽外表面对齐,使定向定量支撑机构沿X轴方向与FE端定位工装的X轴重合定位,Y轴方向则通过V形滑槽自然下落实现定位;此后,旋紧定心螺栓,使定向定量支撑机构与车钩座定位机构固连,完成定向定量支撑机构在XOZ中线平面上的定位;
步骤5.5:沿轨道滑动车钩面定位板使其与限位块的端面所在的竖直平面W重合并固定;通过八个车钩面板定位螺栓将FE端车钩座接口面板均与车钩面定位板固定连接;
步骤5.6:反向转动进给调节螺栓,使两根被偏心调节端座左右撑开的边梁内弯弧段缓慢复位,直至两根边梁内弯弧段均达到图纸所给定的已知位置时,停止复位操作,并利用多个边梁压紧机构和边梁弧形端压紧机构分别对两根边梁内弯弧段的上端面进行压紧,利用边梁弧形端部顶紧机构分别对两根边梁内弯弧段的前部端头进行顶紧定位;边梁弧形端支撑座则用于对边梁内弯弧段端部附近的下端面进行支撑定位;
步骤5.7:此后,完成步骤4.2所述后续焊接预留段的焊接作业,即完成了FE端与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对工序;
步骤六:将端底架与步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤6.1:将另外一个边梁压紧机构平行布置于临近端底架的底架中线定位工装的后方,并在该边梁压紧机构的基座上布置一个支撑架的两条支腿,该支撑架另一端的两条支腿由支撑平台的中段支撑,地板的端部搭在支撑架上,支撑架用于调整地板的水平高度;
步骤6.2:用两个边梁尾部侧顶紧机构从相对的两个方向将边梁的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,用两个边梁尾部压紧机构以及步骤6.1所述的边梁压紧机构将边梁的上端面沿Z轴方向向下压紧定位;
步骤6.3:将端底架以安装姿态落座于步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件的地板上,并将至少两个端底架上盖板压紧机构均通过其对应的第一吊环吊装并布置于端底架的端底架长盖板上方,此后,将每一个端底架上盖板压紧机构上的两个第一导向块均从端部插入边梁的下端面的边梁长槽内,然后旋紧两个第一调节螺栓,使第一调节螺栓的下端将端底架长盖板压紧并与地板密贴;用同样的方法将两个端底架底板压紧机构上的两个第二导向块均从端部插入边梁的下端面的边梁长槽内,然后旋紧两个第二调节螺栓,使第二调节螺栓的下端将端底架短盖板向下压紧;
步骤6.4:将端底架前端圆弧板的前端面分别与两条边梁的末端对接,并用两个端底架弧形端顶紧机构分别从端底架前端圆弧板的后方将对应边梁末端的连接部分沿X轴方向顶紧;
步骤6.5:将一个地板端部压紧机构中的顶紧座、垂向压紧螺杆和U形块三者共同组装成为一个杠杆下压机构,其中U形块的延长光杆部分作为杠杆,顶紧座作为杠杆机构的支点,垂向压紧螺杆作为向下的压力驱动装置;此后,将所述杠杆下压机构布置于端底架前端圆弧板的外侧,并将U形块的延长光杆端穿过内凹斜框窗口,再将压紧垫块置于内凹斜框窗口内侧的窗框下方;通过旋转垂向压紧螺杆驱动U形块的延长光杆压迫压紧垫块,从而对与内凹斜框窗口垂直连接的端底架长盖板下压并与地板密贴;地板端部顶紧器用于从端底架前端圆弧板外侧对其内凹斜框窗口的下沿施加X轴的顶紧压力;至此即完成了端底架与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对作业。
本发明的有益效果如下:
本发明通过底架中线定位工装实现图纸理论尺寸与现场实际工装的精确坐标定位基准转换工作,并据此分别确定整套定位装置的竖直中线平面XOY,使得以此坐标参考基准为基础的FE端定位工装、端底架定位工装和多个边梁中部侧向顶紧机构以及辅助定位工装均可以实现标准位置的快速精确定位。
FE端定位工装内的定向定量支撑机构可用于对两根边梁内弯弧段的开口端向左、右同步撑开,从而克服搭接形式的边梁与地板组对焊缝导致FE端无法从两根边梁内弯弧段的开口端以插接的形式与两根边梁实施插接配合的旧有技术难题。待FE端落入带有侧梁的地板大部件上的两根边梁内弯弧段中给定位置之后,再通过具有特殊结构设计的定位块与FE端定位工装上的对应的T形槽定位连接,从而使定向定量支撑机构的纵向中线平面与以车钩座定位机构为基础的FE端定位工装的中线平面重合。
对缝压紧器的结构设计巧妙,其竖板用于从FE端与地板接缝中穿出,利用固定座的向下椅形压紧块可以使每一个对缝压紧器的两侧分别压紧地板和FE端的底板,从而实现二者接缝处高度的焊接定位调平作业。
地板端部压紧机构的结构设计也独具匠心,其顶紧座、垂向压紧螺杆和U形块三者共同组装成为一个杠杆下压机构,其中U形块的延长光杆部分作为杠杆,顶紧座作为杠杆机构的支点,垂向压紧螺杆作为向下的压力驱动装置;此后,将所述杠杆下压机构布置于端底架前端圆弧板的外侧,并将U形块的延长光杆端穿过内凹斜框窗口,再将压紧垫块置于内凹斜框窗口内侧的窗框下方;通过旋转垂向压紧螺杆驱动U形块的延长光杆压迫压紧垫块,从而使与内凹斜框窗口垂直连接的端底架长盖板下压并与地板密贴。
此外,端底架上盖板压紧机构和端底架底板压紧机构的结构也颇具特色,其各自所带有的向块结构均能从端部插入到边梁的下端面的边梁长槽内,从而将边梁长槽作为对两根的提升着力点,并使得端底架上盖板压紧机构和端底架底板压紧机构上对应的节螺栓结构得以施加于提升着力点相反的向下压紧力,并将端底架长盖板压紧并与地板密贴,以及将端底架短盖板向下压紧。
本发明装置的FE端定位工装、端底架定位工装等部件可以实现模块化批量生产,方便检修和养护,并降低生产成本,成为流水线作业的基础部件,其使得底架组焊后再进行整体加工的后续工艺新方法也成为可能,该后续的整体加工的方法可有效保证底架几何尺寸和地板门口位置尺寸、底架对角线尺寸、底架整长尺寸等,更有利于提高产品制造精度和成型质量。
在此基础上,本发明一举克服了旧有方法因其步骤不合理而自动焊技术无法直接实施的首要问题,通过提供一整套新底架定位的全新方法使得工艺步骤得以合理优化和改进。该新方法使得既有的成熟自动激光跟踪及自动焊接技术可以直接按照插接焊缝的组对形式高效地制造带有侧梁的地板大部件,并使得约96米长的边梁与地板焊缝可以通过该自动焊技术一次性完成上端面全部焊缝的双丝自动激光焊接,并在翻转后按同样的方法一次性完成下端面全部焊缝的MIG双丝自动激光焊接(熔化极气体保护焊接);其焊接一条焊缝的平均工时仅需7.5分钟,是旧有方法手工焊接效率的16倍。应用本发明的底架合成定位装置可以直接替代旧有方法所需的五套不同大型夹持或翻转定位工装,减少大部件的吊装、翻转工序以及需要在数十米长的组焊工位上反复实施长距离的尺寸测量的繁琐过程,给各对接组焊部件的定位工作带来极大便利和定位精度以及作业效率的提升。
此外该标准化动车组底架合成定位装置及其定位方法成功应用还使得其自身的安装和拆卸效率高、组件数量大幅精简,节约场地占用率及天车等运输资源,提高设备周转效率等优点。该定位装置和定位方法可节省大型底架合成翻转组焊工装、底架边梁加工工装、地板加工工装各一套,使工装成本节约35万元以上,减小对场地资源的占用面积约700平方米,并大幅提高生产效率,带来可观的经济效益。
附图说明
图1是标准化动车组底架的立体结构示意图;
图2是图1中的爆炸示意图;
图3是图1在另一立体视角下的爆炸示意图;
图4是图1的俯视图;
图5是现有侧梁与地板搭接焊技术以及插接焊接技术原理示意图;
图6是端底架在不同视角下的立体结构示意图;
图7是FE端的结构示意图;
图8是现有技术中步骤四所述框架结构K的结构示意图;
图9是本发明标准化动车组底架合成定位装置的立体图;
图10是图9中去掉边梁中部侧向顶紧机构的爆炸结构示意图;
图11是本发明标准化动车组底架合成定位装置在另一视角下的立体图;
图12是图11中去掉边梁中部侧向顶紧机构的爆炸结构示意图;
图13是本发明FE端定位工装的爆炸结构示意图;
图14是本发明端底架定位工装的爆炸结构示意图;
图15是图14中I部分的局部放大图;
图16是本发明地板端部压紧机构的爆炸结构示意图;
图17是本发明定向定量支撑机构的爆炸结构示意图;
图18是本发明定向定量支撑机构与定位座的装配关系示意图;
图19是本发明定心螺栓与T形槽的装配关系示意图;
图20是本发明辅助定位工装的结构示意图;
图21是本发明对缝压紧器的爆炸结构示意图;
图22是本发明标准化动车组底架合成定位装置的应用示意图;
图23是本发明是图22的爆炸装配示意图;
图24是本发明标准化动车组底架合成定位装置在另一立体视角下的应用示意图;
图25是本发明是图24的爆炸装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图9所示,本发明的标准化动车组底架合成定位装置包括FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装1和多个边梁中部侧向顶紧机构2,FE端定位工装用于装夹和定位底架19的FE端19-3,端底架定位工装用于装夹和定位底架19的端底架19-4,底架中线定位工装1用于定位底架19长度方向上的中线以及底架的中心,多个边梁中部侧向顶紧机构2用于定位底架19的边梁19-2中部;底架中线定位工装1包括四个定位基座,四个定位基座上依次设置有定位点A、定位点B、定位点C和定位点D共四个定位点,线段AB对应靠近端底架一侧的转向架的中心线位置,线段CD对应靠近FE端一侧的转向架的中心线位置,ABCD四个定位点的顺次连线构成一个矩形结构,矩形结构短边中线到底架地板19-1的投影面为车厢中轴平面XOY,底架19长度方向上的中线在车厢中轴平面XOY内;FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装1和多个边梁中部侧向顶紧机构2沿底架长度方向的中线均与底架19长度方向上的中线平行,且均位于车厢中轴平面XOY内。
如图13以及图17至图19所示,FE端定位工装包括底座4、边梁弧形端压紧机构5、车钩座定位机构6、边梁弧形端部顶紧机构7、边梁弧形端支撑座8和定向定量支撑机构9;车钩座定位机构6包括安装座6-1、定位座6-2、限位块6-3和长度方向行进轨道6-4,安装座6-1的一端固定在底座4上,另一端固定在边梁弧形端压紧机构5的基座上;长度方向行进轨道6-4平行于底架长度方向固定在安装座6-1的两端,限位块6-3固定在长度方向行进轨道6-4靠近底架一侧的端部;定位座6-2通过长度方向行进轨道6-4与安装座6-1滑动连接,定位座6-2和安装座6-1沿底架长度方向的中线均位于车厢中轴平面XOY内;边梁弧形端部顶紧机构7和边梁弧形端支撑座8均沿安装座6-1的中线对称固定在安装座6-1上,定向定量支撑机构9固定在定位座6-2上。
定位座6-2包括底板6-2-1、车钩面定位板6-2-2和八个车钩面板定位螺栓6-2-3,车钩面定位板6-2-2通过筋板固定在底板6-2-1上,车钩面定位板6-2-2的结构与FE端19-3车钩座接口面板的结构相同,车钩面定位板6-2-2上设有八个车钩面板定位孔,八个车钩面板定位螺栓6-2-3通过八个车钩面板定位孔与车钩面定位板6-2-2固连,底板6-2-1和车钩面定位板6-2-2沿底架长度方向的中线均位于车厢中轴平面XOY内,底板6-2-1沿中线方向上设有T形槽6-2-1-1。
定向定量支撑机构9包括L形主梁9-1、水平滑道9-2、多个水平滑块9-3、进给导向块9-4、两个V形定位座9-5、两个V形槽9-6、两个定心螺栓9-7、两个支撑臂9-8、两个偏心调节端座9-9、两个斜面滑槽9-10、梯形传导块9-11和进给调节螺栓9-12,两个V形槽9-6固定在T形槽6-2-1-1两侧的底板6-2-1上。
L形主梁9-1的横断面为L状直角形,两个V形定位座9-5的上端固定在L形主梁9-1的水平梁的下端面上,两个V形定位座9-5的下端对应与两个V形槽9-6滑动连接;水平滑道9-2平行于L形主梁9-1的水平梁固定在L形主梁9-1的竖直梁上,多个水平滑块9-3与水平滑道9-2滑动连接;进给导向块9-4与水平滑道9-2垂直设置,进给导向块9-4固定在水平滑道9-2的中线上;两个定心螺栓9-7的上端分别卡紧在水平梁上的沿中线方向设置的前后两个U形孔9-1-2内,两个定心螺栓9-7的下端均置于T形槽6-2-1-1内。
两个支撑臂9-8对称设置在进给导向块9-4的两侧,两个支撑臂9-8分别与多个水平滑块9-3固连;两个偏心调节端座9-9分别固定在两个支撑臂9-8不相邻的一端,两个斜面滑槽9-10分别固定在两个支撑臂9-8相邻的一端;梯形传导块9-11的竖直面上设有一个竖直滑块9-11-1,梯形传导块9-11的两个斜面上各设有一个斜面滑块9-11-2,梯形传导块9-11通过竖直滑块9-11-1与进给导向块9-4滑动连接,梯形传导块9-11通过两个斜面滑块9-11-2与两个斜面滑槽9-10滑动连接;进给调节螺栓9-12与梯形传导块9-11中心的丝母孔螺纹连接,其二者共同形成一个垂向丝杠机构,调节螺栓9-12的下端通过轴承与L形主梁9-1的水平梁中心设置的转轴孔9-1-1通过转动连接。
如图19所示,定心螺栓9-7包括螺杆9-7-1和固定在螺杆9-7-1底端的定位块9-7-2,定位块9-7-2为T形块结构,定位块9-7-2的两个长立面9-7-2-1的间距小于等于T形槽6-2-1-1的两个开口立面6-2-1-1-1的间距d,定位块9-7-2的两个一阶短立面9-7-2-2的间距小于T形槽6-2-1-1的槽宽D,定位块9-7-2的两个二阶短立面9-7-2-4的间距等于两个开口立面6-2-1-1-1的间距d;定心螺栓9-7通过两个二阶底面9-7-2-3贴紧T形槽6-2-1-1的两个槽内上端面6-2-1-1-2以及两个二阶短立面9-7-2-4贴紧两个开口立面6-2-1-1-1的方式与T形槽6-2-1-1定位连接。该结构使得底端的定位块9-7-2可以以长立面9-7-2-1平行于T形槽6-2-1-1开槽方向的姿态在任意位置从上向下插入T形槽6-2-1-1的内部,并在定位块9-7-2沿Z轴旋转90度以后,使其通过两个二阶底面9-7-2-3贴紧T形槽6-2-1-1的两个槽内上端面6-2-1-1-2,用作同T形槽6-2-1-1配合,实现使定心螺栓9-7的轴线保持在XOY平面之内的定位功能;
如图14至16所示,端底架定位工装包括支撑平台10、两个边梁尾部侧顶紧机构11、两个边梁尾部压紧机构12、两个端底架弧形端顶紧机构13、两个地板端部压紧机构14、至少两个端底架上盖板压紧机构15和至少两个端底架底板压紧机构16;边梁尾部侧顶紧机构11、边梁尾部压紧机构12、端底架弧形端顶紧机构13均左右对称地成对儿固定在支撑平台10上,地板端部压紧机构14固定在支撑平台10上,地板端部压紧机构14位于端底架弧形端顶紧机构13内侧,端底架上盖板压紧机构15与端底架底板压紧机构16平行设置。
端底架底板压紧机构16包括第二横梁16-1、第二吊环16-2、两个第二调节螺栓16-3、两个第二导向块16-4和两个连接杆16-5,第二吊环16-2固定在第二横梁16-1的中间位置,两个第二调节螺栓16-3与第二横梁16-1上的对应螺孔螺纹连接,并分别构成两组第二丝杆压紧螺柱机构,两组第二丝杆压紧螺柱机构对称设置在第二吊环16-2的两侧;两个第二导向块16-4通过各自对应的连接杆16-5悬垂于第二横梁16-1的两端,第二导向块16-4包括夹板铰轴座16-4-1、滑板16-4-2和插销16-4-3,滑板16-4-2的上部通过插销16-4-3与夹板铰轴座16-4-1轴连,滑板16-4-2的下部设有横截面为工字形的导轨16-4-2-1,工字形的导轨16-4-2-1的横截面与边梁长槽19-2-2的凹槽横截面相匹配。
端底架上盖板压紧机构15包括第一横梁15-1、第一吊环15-2、两个第一调节螺栓15-3和两个第一导向块15-4,第一吊环15-2固定在第一横梁15-1的中间位置,两个第一调节螺栓15-3与第一横梁15-1上的对应螺孔螺纹连接,并分别构成另外两组第一丝杆压紧螺柱机构,两组第一丝杆压紧螺柱机构对称设置在第一吊环15-2的两侧;两个第一导向块15-4分别轴连于第一横梁15-1的两端,第一导向块15-4的结构与第二导向块16-4的结构相同。
地板端部压紧机构14包括连接座14-1、顶紧座14-2、垂向压紧螺杆14-3、U形块14-4、延长压紧垫块14-5和地板端部顶紧器14-6,连接座14-1固定在支撑平台10上,垂向压紧螺杆14-3的下端与连接座14-1轴连,垂向压紧螺杆14-3的上端穿过U形块14-4中部,并通过螺母压紧U形块14-4;顶紧座14-2的下端与连接座14-1固连,顶紧座14-2的上端顶在U形块14-4开口端的下方,U形块14-4的U型连接段设有与其开口方向相反的延长光杆,延长光杆与延长压紧垫块14-5的上部相切,地板端部顶紧器14-6的下端与连接座14-1轴连。由于端底架19-4的焊接量大,直接焊接会造成地板19-1端头焊后下沉,压紧系统14直接作用于地板19-1,主要起到焊接反变形的作用,利用地板端部压紧机构14给地板施加下压8mm焊接反变形量,可保证焊后地板端头的平度。压紧垫块14-5直接将地板19-1端头下压8mm焊接反变形,保证焊后地板端头的平度,同时,通过端底架上盖板压紧机构15和端底架底板压紧机构16可以使端底架长盖板9-4-1与地板密贴19-1,达到定位调平效果。
本发明的底架合成定位装置还包括辅助定位工装17和多个辅助支撑座3,如图20至图21所示,辅助定位工装17包括两个支撑架17-1、多个对缝压紧器17-2和多个边梁压紧机构17-3,一个支撑架17-1固定在支撑平台10上,另一个支撑架17-1的一端固定在底座4上,另一端固定在边梁弧形端压紧机构5的基座上;多个对缝压紧器17-2均固定在同一个与边梁弧形端压紧机构5平行的基座上,多个边梁压紧机构17-3两两对称固定在一个与边梁弧形端压紧机构5平行的基座上;如图9至图12所示,多个辅助支撑座3的结构与顶紧座14-2的结构完全相同,多个辅助支撑座3排成一列并均固定在底架中线定位工装1的基座上。
如图21所示,对缝压紧器17-2包括支座17-2-1、竖板17-2-2、固定座17-2-3、多个对缝压紧器螺母17-2-4、多个调节螺栓17-2-5、多个销钉17-2-6、两个椅形压紧块17-2-7和多个垫片17-2-8;支座17-2-1顶端设有对缝压紧器支撑平台17-2-1-1。
竖板17-2-2固定在支座17-2-1顶部的中间,椅形压紧块17-2-7包括背板17-2-7-1、座板17-2-7-2和压板17-2-7-3,背板17-2-7-1竖直放置,背板17-2-7-1的底端与座板17-2-7-2的一端垂直固连,压板17-2-7-3的顶端与座板17-2-7-2的另一端垂直固连。
固定座17-2-3沿中线自下而上设有一个变径凹槽17-2-3-1,变径凹槽17-2-3-1的下端宽度大于上端宽度,上端宽度等于竖板17-2-2的厚度,下端宽度等于两个背板17-2-7-1的厚度与竖板17-2-2的厚度三者之和。
多个对缝压紧器螺母17-2-4对称地固连于固定座17-2-3下部的外侧壁上,多个垫片17-2-8一一对应置于座板17-2-7-2的垫片凹槽内,两个背板17-2-7-1将竖板17-2-2夹在中间,固定座17-2-3通过其变径凹槽17-2-3-1自上而下装夹在两个背板17-2-7-1的外侧,变径凹槽17-2-3-1的上端侧壁设有多个贯通的销孔,变径凹槽17-2-3-1与竖板17-2-2的上部通过多个销钉17-2-6固连,多个调节螺栓17-2-5一一对应与多个对缝压紧器螺母17-2-4连接。
边梁中部侧向顶紧机构2包括多个侧向顶紧器和多个基座,每两个侧向顶紧器对称固定在一个基座上。
应用本发明的标准化动车组底架合成定位装置实现底架合成定位的方法具体包括如下步骤:
步骤一:如图9所示,将底架中线定位工装1上的定位点A、定位点B、定位点C、定位点D四个定位点分别按照底架19端底架一侧的转向架的中线以及FE端一侧的转向架的中线的图纸理论间距对应固定在地面上,以ABCD四个定位点的上端面作为XOY水平参考平面,以底架19的纵轴方向作为X轴方向,并将矩形ABCD的重心点O作为三轴直角坐标系的原点,建立XYZ平面直角坐标系,其中线段MN是矩形ABCD的短边中线;据此得以将底架19的图纸尺寸通过ABCD四个定位点映射到底架中线定位工装1上,用于在底架19组装过程中定位参考基准;
步骤二:以O点作为起点,在步骤一线段MN的延长线上测量长度为L2的水平距离,从而确定出一个垂直于X轴且到O点的距离为L2的竖直平面W,此后,使FE端定位工装的中线平面与底架19的图纸理论中线平面重合,并使限位块6-3的端头平面与平面W重合,从而使限位块6-3的端头平面距离YOZ平面的距离符合图纸理论的尺寸,进而确定出沿轨道6-4滑动至限位块6-3的端头时,与FE端车钩座接口面板19-3-1对接的定位座6-2的窗口中心点Q的布置位置;依据已知的限位块6-3的端头平面与平面W将FE端定位工装布置于地面上,在边梁弧形端压紧机构5和FE端定位工装二者上布置一个辅助定位工装17,从而完成FE端定位工装的布局作业;该布局可保证FE端定位工装的中线平面与底架19的图纸理论中线平面重合,并确保定位座6-2与FE端车钩座接口面板19-3-1对接时,可以使FE端车钩座接口面板19-3-1符合图纸尺寸所给定的理论位置;轨道6-4由限位块6-3端面限位的定位方法可以避免车钩面定位板6-2-2直接在正确理论位置时,FE端车钩面直接与此面密贴并导致FE端无法落入工装内的情况发生;
步骤三:设端底架前端圆弧板9-4-3的几何中心点为P,则,以O点作为起点,在步骤一线段NM的延长线上测量长度为L1的水平距离,从而确定出端底架前端圆弧板9-4-3所在平面距离YOZ平面的图纸理论位置,进而确定出端底架前端圆弧板9-4-3的几何中心点为P的布置位置;依据已知的P点位置,将端底架定位工装布置于地面上,并将另一个支撑架17-1固定在支撑平台10上,从而完成端底架定位工装的布局作业;该布局可保证端底架定位工装的中线平面与底架19的图纸理论中线平面重合,并确保端底架定位工装沿X轴的距离符合图纸尺寸所给定的理论位置;
步骤四:应用自动激光跟踪及自动焊接技术高效制造带有侧梁的地板大部件,其具体包括如下子步骤:
步骤4.1:将地板19-1与边梁19-2连接处的结构由搭接结构改为如图5b所示的插接结构形式,将地板19-1置于多个边梁中部侧向顶紧机构2的基座上,每一个边梁中部侧向顶紧机构2的中段用于使地板19-1处于同一水平面上,边梁中部侧向顶紧机构2两端的水平丝杠顶紧器则用于从相对的两个方向将边梁19-2的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,完成两根边梁19-2分别与地板19-1的插接组对;
步骤4.2:使用现有的插接结构利用自动激光跟踪及自动焊接技术直接对步骤4.1地板19-1与边梁19-2所成插接焊缝实施上端面各焊缝的打底焊、盖面焊MIG双丝自动激光焊接(熔化极气体保护焊接),从而形成带有侧梁的地板大部件;其中,边梁19-2与地板19-1的前端两侧焊缝预留850mm的后续焊接预留段,使两根边梁内弯弧段19-2-1的开口端预留出3491.5mm的焊缝暂不焊接;该工序可以高效地同步完成地板19-1与边梁19-2的数十米焊缝作业;
步骤4.3:待带有侧梁的地板大部件冷却后,将其翻转并重复步骤4.1至步骤4.2的装夹和焊接过程,完成对带有侧梁的地板大部件下端面焊缝的自动激光打底焊、盖面焊双丝自动焊接;待其再次冷却后,对其进行焊接变形调修和整体机加工,从而减少变形误差,并使其整体尺寸符合图纸理论值;由于该组对焊接和冷却过程中,带有侧梁的地板大部件始终处于边梁中部侧向顶紧机构2的装夹状态之下,因此对其焊接收缩变形的抑制效果非常明显,可以显著提高该部件的制造精度,减少调修工序的测量和修整工作量;
步骤五:多个辅助支撑座3的结构与顶紧座14-2的结构完全相同,多个辅助支撑座3排成一列并均固定在底架中线定位工装1的基座上;将FE端19-3与步骤4.2带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤5.1:将一个边梁压紧机构17-3平行布置于临近FE端19-3的底架中线定位工装1的前方,并在该边梁压紧机构17-3的基座上布置一个支撑架17-1的两条支腿,该支撑架17-1另一端的两条支腿由定位座6-2支撑,使边梁压紧机构17-3避让开每一个对缝压紧器17-2,并使地板19-1的端部搭在支撑架17-1的中段;此后,利用定向定量支撑机构9将步骤4.2两根边梁内弯弧段19-2-1的开口端向左、右同步撑开,具体做法为:首先转动进给调节螺栓9-12,利用其垂向丝杠机构的竖直向下动作,压迫梯形传导块9-11,并驱动两个偏心调节端座9-9沿水平滑道9-2向左、右两侧同步顶紧两根边梁内弯弧段19-2-1的相对内侧壁,使两根边梁内弯弧段19-2-1彼此进一步分开一段距离,确保FE端19-3可以顺利落入;
步骤5.2:沿轨道6-4滑动定位座6-2,使车钩面定位板6-2-2移动至距离限位块6-3100mm的位置,便于FE端的落入;此后,将FE端19-3落入两根边梁内弯弧段19-2-1内,使其位于支撑架17-1前端,并使其下端面的后端与地板19-1拼接成缝;支撑架17-1的各条支腿可用于调整FE端19-3与FE端定位工装的匹配高度;
步骤5.3:将FE端19-3的底板与地板19-1接缝处高度调平,其具体过程为:将FE端19-3后方下端面坐落于多个对缝压紧器17-2的对缝压紧器支撑平台17-2-1-1上,并使每一个竖板17-2-2均从FE端19-3与地板19-1的接缝中穿出;此后,利用固定座17-2-3的向下椅形压紧块17-2-7,使得每一个对缝压紧器17-2中的一个压板17-2-7-3压紧地板19-1,另一个压板17-2-7-3压紧FE端19-3的底板,辅助支撑座3直接支撑在临近对缝压紧器17-2的地板19-1下方,从而实现二者接缝处高度的焊接定位调平作业;
步骤5.4:将定心螺栓9-7与FE端定位工装上对应的T形槽6-2-1-1定位连接,从而使定向定量支撑机构9的纵向中线平面与以车钩座定位机构6为基础的FE端定位工装的中线平面重合;接着,通过将V形定位座9-5与V形槽9-6外表面对齐,使定向定量支撑机构9沿X轴方向与FE端定位工装的X轴重合定位,Y轴方向则通过V形滑槽自然下落实现定位;此后,旋紧定心螺栓9-7,使定向定量支撑机构9与车钩座定位机构6固连,完成定向定量支撑机构9在XOZ中线平面上的定位;
步骤5.5:沿轨道6-4滑动车钩面定位板6-2-2使其与限位块6-3的端面所在的竖直平面W重合并固定,从而使车钩面定位板6-2-2的窗口中心点Q到O点距离符合图纸理论尺寸给定的已知量L2;通过八个车钩面板定位螺栓6-2-3将FE端车钩座接口面板19-3-1均与车钩面定位板6-2-2固定连接,从而使FE端车钩座接口面板19-3-1完全位于图纸给定的理论位置;
步骤5.6:反向转动进给调节螺栓9-12,使两根被偏心调节端座9-9左右撑开的边梁内弯弧段19-2-1缓慢复位,直至两根边梁内弯弧段19-2-1均达到图纸所给定的已知位置时,停止复位操作,并利用多个边梁压紧机构17-3和边梁弧形端压紧机构5分别对两根边梁内弯弧段19-2-1的上端面进行压紧,利用边梁弧形端部顶紧机构7分别对两根边梁内弯弧段19-2-1的前部端头进行顶紧定位;边梁弧形端支撑座8则用于对边梁内弯弧段19-2-1端部附近的下端面进行支撑定位;从而完成对两根边梁内弯弧段19-2-1的定位作业;
步骤5.7:此后,完成步骤4.2后续焊接预留段的焊接作业,即完成了FE端19-3与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对工序;
步骤六:将端底架19-4与步骤4.2带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤6.1:将另外一个边梁压紧机构17-3平行布置于临近端底架19-4的底架中线定位工装1的后方,并在该边梁压紧机构17-3的基座上布置一个支撑架17-1的两条支腿,该支撑架17-1另一端的两条支腿由支撑平台10的中段支撑,地板19-1的端部搭在支撑架17-1上,支撑架17-1用于调整地板的水平高度;
步骤6.2:用两个边梁尾部侧顶紧机构11从相对的两个方向将边梁19-2的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,用两个边梁尾部压紧机构12以及步骤6.1的边梁压紧机构17-3将边梁19-2的上端面沿Z轴方向向下压紧定位;
步骤6.3:将端底架19-4以安装姿态落座于步骤4.2带有侧梁的地板大部件的地板19-1上,并将至少两个端底架上盖板压紧机构15均通过其对应的第一吊环15-2吊装并布置于端底架19-4的端底架长盖板9-4-1上方,此后,将每一个端底架上盖板压紧机构15上的两个第一导向块15-4均从端部插入边梁19-2的下端面的边梁长槽19-2-2内,然后旋紧两个第一调节螺栓15-3,使第一调节螺栓15-3的下端将端底架长盖板9-4-1压紧并与地板19-1密贴;用同样的方法将两个端底架底板压紧机构16上的两个第二导向块16-4均从端部插入边梁19-2的下端面的边梁长槽19-2-2内,然后旋紧两个第二调节螺栓16-3,使第二调节螺栓16-3的下端将端底架短盖板9-4-2向下压紧;
步骤6.4:将端底架前端圆弧板9-4-3的前端面分别与两条边梁19-2的末端对接,并用两个端底架弧形端顶紧机构13分别从端底架前端圆弧板9-4-3的后方将对应边梁19-2末端的连接部分沿X轴方向顶紧;
步骤6.5:将一个地板端部压紧机构14中的顶紧座14-2、垂向压紧螺杆14-3和U形块14-4三者共同组装成为一个杠杆下压机构,其中U形块14-4的延长光杆部分作为杠杆,顶紧座14-2作为杠杆机构的支点,垂向压紧螺杆14-3作为向下的压力驱动装置;此后,将杠杆下压机构布置于端底架前端圆弧板9-4-3的外侧,并将U形块14-4的延长光杆端穿过内凹斜框窗口9-4-3-1,再将压紧垫块14-5置于内凹斜框窗口9-4-3-1内侧的窗框下方;通过旋转垂向压紧螺杆14-3驱动U形块14-4的延长光杆压迫压紧垫块14-5,从而对与内凹斜框窗口9-4-3-1垂直连接的端底架长盖板9-4-1下压并与地板19-1密贴;地板端部顶紧器14-6用于从端底架前端圆弧板9-4-3外侧对其内凹斜框窗口9-4-3-1的下沿施加X轴的顶紧压力;至此即完成了端底架19-4与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对作业,此后便可以开始进行底架19整体焊接作业。

Claims (10)

1.标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于:该装置包括FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装(1)和多个边梁中部侧向顶紧机构(2),FE端定位工装用于装夹和定位底架(19)的FE端(19-3),端底架定位工装用于装夹和定位底架(19)的端底架(19-4),底架中线定位工装(1)用于定位底架(19)长度方向上的中线以及底架的中心,多个边梁中部侧向顶紧机构(2)用于定位底架(19)的边梁(19-2)中部;底架中线定位工装(1)包括四个定位基座,四个定位基座上依次设置有定位点A、定位点B、定位点C和定位点D共四个定位点,线段AB对应靠近端底架一侧的转向架的中心线位置,线段CD对应靠近FE端一侧的转向架的中心线位置,ABCD四个定位点的顺次连线构成一个矩形结构,矩形结构短边中线到底架地板(19-1)的投影面为车厢中轴平面XOY,底架(19)长度方向上的中线在车厢中轴平面XOY内;FE端定位工装、端底架定位工装、底架中线定位工装(1)和多个边梁中部侧向顶紧机构(2)沿底架长度方向的中线均与底架(19)长度方向上的中线平行,且均位于车厢中轴平面XOY内。
2.如权利要求1所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述FE端定位工装包括底座(4)、边梁弧形端压紧机构(5)、车钩座定位机构(6)、边梁弧形端部顶紧机构(7)、边梁弧形端支撑座(8)和定向定量支撑机构(9);车钩座定位机构(6)包括安装座(6-1)、定位座(6-2)、限位块(6-3)和长度方向行进轨道(6-4),安装座(6-1)的一端固定在底座(4)上,另一端固定在边梁弧形端压紧机构(5)的基座上;长度方向行进轨道(6-4)平行于底架长度方向固定在安装座(6-1)的两端,限位块(6-3)固定在长度方向行进轨道(6-4)靠近底架一侧的端部;定位座(6-2)通过长度方向行进轨道(6-4)与安装座(6-1)滑动连接,定位座(6-2)和安装座(6-1)沿底架长度方向的中线均位于车厢中轴平面XOY内;边梁弧形端部顶紧机构(7)和边梁弧形端支撑座(8)均沿安装座(6-1)的中线对称固定在安装座(6-1)上,定向定量支撑机构(9)固定在定位座(6-2)上。
3.如权利要求2所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述定位座(6-2)包括底板(6-2-1)、车钩面定位板(6-2-2)和八个车钩面板定位螺栓(6-2-3),车钩面定位板(6-2-2)通过筋板固定在底板(6-2-1)上,车钩面定位板(6-2-2)的结构与FE端(19-3)车钩座接口面板的结构相同,车钩面定位板(6-2-2)上设有八个车钩面板定位孔,八个车钩面板定位螺栓(6-2-3)通过八个车钩面板定位孔与车钩面定位板(6-2-2)固连,底板(6-2-1)和车钩面定位板(6-2-2)沿底架长度方向的中线均位于车厢中轴平面XOY内,底板(6-2-1)沿中线方向上设有T形槽(6-2-1-1);
所述定向定量支撑机构(9)包括L形主梁(9-1)、水平滑道(9-2)、多个水平滑块(9-3)、进给导向块(9-4)、两个V形定位座(9-5)、两个V形槽(9-6)、两个定心螺栓(9-7)、两个支撑臂(9-8)、两个偏心调节端座(9-9)、两个斜面滑槽(9-10)、梯形传导块(9-11)和进给调节螺栓(9-12),两个V形槽(9-6)固定在T形槽(6-2-1-1)两侧的底板(6-2-1)上;
L形主梁(9-1)的横断面为L状直角形,两个V形定位座(9-5)的上端固定在L形主梁(9-1)的水平梁的下端面上,两个V形定位座(9-5)的下端对应与两个V形槽(9-6)滑动连接;水平滑道(9-2)平行于L形主梁(9-1)的水平梁固定在L形主梁(9-1)的竖直梁上,多个水平滑块(9-3)与水平滑道(9-2)滑动连接;进给导向块(9-4)与水平滑道(9-2)垂直设置,进给导向块(9-4)固定在水平滑道(9-2)的中线上;两个定心螺栓(9-7)的上端分别卡紧在水平梁上的沿中线方向设置的前后两个U形孔(9-1-2)内,两个定心螺栓(9-7)的下端均置于T形槽(6-2-1-1)内;
两个支撑臂(9-8)对称设置在进给导向块(9-4)的两侧,两个支撑臂(9-8)分别与多个水平滑块(9-3)固连;两个偏心调节端座(9-9)分别固定在两个支撑臂(9-8)不相邻的一端,两个斜面滑槽(9-10)分别固定在两个支撑臂(9-8)相邻的一端;梯形传导块(9-11)的竖直面上设有一个竖直滑块(9-11-1),梯形传导块(9-11)的两个斜面上各设有一个斜面滑块(9-11-2),梯形传导块(9-11)通过竖直滑块(9-11-1)与进给导向块(9-4)滑动连接,梯形传导块(9-11)通过两个斜面滑块(9-11-2)与两个斜面滑槽(9-10)滑动连接;进给调节螺栓(9-12)与梯形传导块(9-11)中心的丝母孔螺纹连接,其二者共同形成一个垂向丝杠机构,调节螺栓(9-12)的下端通过轴承与L形主梁(9-1)的水平梁中心设置的转轴孔(9-1-1)通过转动连接。
4.如权利要求3所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述定心螺栓(9-7)包括螺杆(9-7-1)和固定在螺杆(9-7-1)底端的定位块(9-7-2),定位块(9-7-2)为T形块结构,定位块(9-7-2)的两个长立面(9-7-2-1)的间距小于等于T形槽(6-2-1-1)的两个开口立面(6-2-1-1-1)的间距d,定位块(9-7-2)的两个一阶短立面(9-7-2-2)的间距小于T形槽(6-2-1-1)的槽宽D,定位块(9-7-2)的两个二阶短立面(9-7-2-4)的间距等于两个开口立面(6-2-1-1-1)的间距d;定心螺栓(9-7)通过两个二阶底面(9-7-2-3)贴紧T形槽(6-2-1-1)的两个槽内上端面(6-2-1-1-2)以及两个二阶短立面(9-7-2-4)贴紧两个开口立面(6-2-1-1-1)的方式与T形槽(6-2-1-1)定位连接。
5.如权利要求2所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述端底架定位工装包括支撑平台(10)、两个边梁尾部侧顶紧机构(11)、两个边梁尾部压紧机构(12)、两个端底架弧形端顶紧机构(13)、两个地板端部压紧机构(14)、至少两个端底架上盖板压紧机构(15)和至少两个端底架底板压紧机构(16);边梁尾部侧顶紧机构(11)、边梁尾部压紧机构(12)、端底架弧形端顶紧机构(13)均左右对称地成对儿固定在支撑平台(10)上,地板端部压紧机构(14)固定在支撑平台(10)上,地板端部压紧机构(14)位于端底架弧形端顶紧机构(13)内侧,端底架上盖板压紧机构(15)与端底架底板压紧机构(16)平行设置;
端底架底板压紧机构(16)包括第二横梁(16-1)、第二吊环(16-2)、两个第二调节螺栓(16-3)、两个第二导向块(16-4)和两个连接杆(16-5),第二吊环(16-2)固定在第二横梁(16-1)的中间位置,两个第二调节螺栓(16-3)与第二横梁(16-1)上的对应螺孔螺纹连接,并分别构成两组第二丝杆压紧螺柱机构,两组第二丝杆压紧螺柱机构对称设置在第二吊环(16-2)的两侧;两个第二导向块(16-4)通过各自对应的连接杆(16-5)悬垂于第二横梁(16-1)的两端,第二导向块(16-4)包括夹板铰轴座(16-4-1)、滑板(16-4-2)和插销(16-4-3),滑板(16-4-2)的上部通过插销(16-4-3)与夹板铰轴座(16-4-1)轴连,滑板(16-4-2)的下部设有横截面为工字形的导轨(16-4-2-1),工字形的导轨(16-4-2-1)的横截面与边梁长槽(19-2-2)的凹槽横截面相匹配;
端底架上盖板压紧机构(15)包括第一横梁(15-1)、第一吊环(15-2)、两个第一调节螺栓(15-3)和两个第一导向块(15-4),第一吊环(15-2)固定在第一横梁(15-1)的中间位置,两个第一调节螺栓(15-3)与第一横梁(15-1)上的对应螺孔螺纹连接,并分别构成另外两组第一丝杆压紧螺柱机构,两组第一丝杆压紧螺柱机构对称设置在第一吊环(15-2)的两侧;两个第一导向块(15-4)分别轴连于第一横梁(15-1)的两端,第一导向块(15-4)的结构与第二导向块(16-4)的结构相同。
6.如权利要求5所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述地板端部压紧机构(14)包括连接座(14-1)、顶紧座(14-2)、垂向压紧螺杆(14-3)、U形块(14-4)、延长压紧垫块(14-5)和地板端部顶紧器(14-6),连接座(14-1)固定在支撑平台(10)上,垂向压紧螺杆(14-3)的下端与连接座(14-1)轴连,垂向压紧螺杆(14-3)的上端穿过U形块(14-4)中部,并通过螺母压紧U形块(14-4);顶紧座(14-2)的下端与连接座(14-1)固连,顶紧座(14-2)的上端顶在U形块(14-4)开口端的下方,U形块(14-4)的U型连接段设有与其开口方向相反的延长光杆,延长光杆与延长压紧垫块(14-5)的上部相切,地板端部顶紧器(14-6)的下端与连接座(14-1)轴连。
7.如权利要求5所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,该装置还包括辅助定位工装(17)和多个辅助支撑座(3),辅助定位工装(17)包括两个支撑架(17-1)、多个对缝压紧器(17-2)和多个边梁压紧机构(17-3),一个支撑架(17-1)固定在支撑平台(10)上,另一个支撑架(17-1)的一端固定在底座(4)上,另一端固定在边梁弧形端压紧机构(5)的基座上;多个对缝压紧器(17-2)均固定在同一个与边梁弧形端压紧机构(5)平行的基座上,多个边梁压紧机构(17-3)两两对称固定在一个与边梁弧形端压紧机构(5)平行的基座上;多个辅助支撑座(3)的结构与顶紧座(14-2)的结构完全相同,多个辅助支撑座(3)排成一列并均固定在底架中线定位工装(1)的基座上。
8.如权利要求7所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述对缝压紧器(17-2)包括支座(17-2-1)、竖板(17-2-2)、固定座(17-2-3)、多个对缝压紧器螺母(17-2-4)、多个调节螺栓(17-2-5)、多个销钉(17-2-6)、两个椅形压紧块(17-2-7)和多个垫片(17-2-8);支座(17-2-1)顶端设有对缝压紧器支撑平台(17-2-1-1);
竖板(17-2-2)固定在支座(17-2-1)顶部的中间,椅形压紧块(17-2-7)包括背板(17-2-7-1)、座板(17-2-7-2)和压板(17-2-7-3),背板(17-2-7-1)竖直放置,背板(17-2-7-1)的底端与座板(17-2-7-2)的一端垂直固连,压板(17-2-7-3)的顶端与座板(17-2-7-2)的另一端垂直固连;
固定座(17-2-3)沿中线自下而上设有一个变径凹槽(17-2-3-1),变径凹槽(17-2-3-1)的下端宽度大于上端宽度,上端宽度等于竖板(17-2-2)的厚度,下端宽度等于两个背板(17-2-7-1)的厚度与竖板(17-2-2)的厚度三者之和;
多个对缝压紧器螺母(17-2-4)对称地固连于固定座(17-2-3)下部的外侧壁上,多个垫片(17-2-8)一一对应置于座板(17-2-7-2)的垫片凹槽内,两个背板(17-2-7-1)将竖板(17-2-2)夹在中间,固定座(17-2-3)通过其变径凹槽(17-2-3-1)自上而下装夹在两个背板(17-2-7-1)的外侧,变径凹槽(17-2-3-1)的上端侧壁设有多个贯通的销孔,变径凹槽(17-2-3-1)与竖板(17-2-2)的上部通过多个销钉(17-2-6)固连,多个调节螺栓(17-2-5)一一对应与多个对缝压紧器螺母(17-2-4)连接。
9.如权利要求1所述的标准化动车组底架合成定位装置,其特征在于,所述边梁中部侧向顶紧机构(2)包括多个侧向顶紧器和多个基座,每两个侧向顶紧器对称固定在一个基座上。
10.基于权利要求1-9任一项所述的标准化动车组底架合成定位装置的底架合成定位方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
步骤一:将底架中线定位工装(1)上的定位点A、定位点B、定位点C、定位点D四个定位点分别按照底架(19)端底架一侧的转向架的中线以及FE端一侧的转向架的中线的图纸理论间距对应固定在地面上,以ABCD四个定位点的上端面作为XOY水平参考平面,以底架(19)的纵轴方向作为X轴方向,并将矩形ABCD的重心点O作为三轴直角坐标系的原点,建立XYZ平面直角坐标系,其中线段MN是矩形ABCD的短边中线;
步骤二:以O点作为起点,在步骤一所述线段MN的延长线上测量长度为L2的水平距离,从而确定出一个垂直于X轴且到O点的距离为L2的竖直平面W,此后,使FE端定位工装的中线平面与底架(19)的图纸理论中线平面重合,并使限位块(6-3)的端头平面与平面W重合,依据已知的限位块(6-3)的端头平面与平面W将FE端定位工装布置于地面上,在边梁弧形端压紧机构(5)和FE端定位工装二者上布置一个辅助定位工装(17),从而完成FE端定位工装的布局作业;
步骤三:设端底架前端圆弧板(9-4-3)的几何中心点为P,则,以O点作为起点,在步骤一所述线段NM的延长线上测量长度为L1的水平距离,从而确定出端底架前端圆弧板(9-4-3)所在平面距离YOZ平面的图纸理论位置,进而确定出端底架前端圆弧板(9-4-3)的几何中心点为P的布置位置;依据已知的P点位置,将端底架定位工装布置于地面上,并将另一个支撑架(17-1)固定在支撑平台(10)上,从而完成端底架定位工装的布局作业;
步骤四:应用自动激光跟踪及自动焊接技术高效制造带有侧梁的地板大部件,其具体包括如下子步骤:
步骤4.1:将地板(19-1)与边梁(19-2)连接处的结构由搭接结构改为插接结构形式,将地板(19-1)置于多个边梁中部侧向顶紧机构(2)的基座上,每一个边梁中部侧向顶紧机构(2)的中段用于使地板(19-1)处于同一水平面上,边梁中部侧向顶紧机构(2)两端的水平丝杠顶紧器则用于从相对的两个方向将边梁(19-2)的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,完成两根边梁(19-2)分别与地板(19-1)的插接组对;
步骤4.2:使用现有的插接结构利用自动激光跟踪及自动焊接技术直接对步骤4.1所述地板(19-1)与边梁(19-2)所成插接焊缝实施上端面各焊缝的打底焊、盖面焊双丝自动焊接,从而形成带有侧梁的地板大部件;其中,边梁(19-2)与地板(19-1)的前端两侧焊缝预留850mm的后续焊接预留段,使两根边梁内弯弧段(19-2-1)的开口端预留出3491.5mm的焊缝暂不焊接;
步骤4.3:待带有侧梁的地板大部件冷却后,将其翻转并重复步骤4.1至步骤4.2的装夹和焊接过程,完成对带有侧梁的地板大部件下端面焊缝的自动激光打底焊、盖面焊双丝自动焊接;待其再次冷却后,对其进行焊接变形调修和整体机加工,从而减少变形误差,并使其整体尺寸符合图纸理论值;
步骤五:多个辅助支撑座(3)的结构与顶紧座(14-2)的结构完全相同,多个辅助支撑座(3)排成一列并均固定在底架中线定位工装(1)的基座上;将FE端(19-3)与步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤5.1:将一个边梁压紧机构(17-3)平行布置于临近FE端(19-3)的底架中线定位工装(1)的前方,并在该边梁压紧机构(17-3)的基座上布置一个支撑架(17-1)的两条支腿,该支撑架(17-1)另一端的两条支腿由定位座(6-2)支撑,使边梁压紧机构(17-3)避让开每一个对缝压紧器(17-2),并使地板(19-1)的端部搭在支撑架(17-1)的中段;此后,利用定向定量支撑机构(9)将步骤4.2所述两根边梁内弯弧段(19-2-1)的开口端向左、右同步撑开,具体做法为:首先转动进给调节螺栓(9-12),利用其垂向丝杠机构的竖直向下动作,压迫梯形传导块(9-11),并驱动两个偏心调节端座(9-9)沿水平滑道(9-2)向左、右两侧同步顶紧两根边梁内弯弧段(19-2-1)的相对内侧壁,使两根边梁内弯弧段(19-2-1)彼此进一步分开一段距离;
步骤5.2:沿轨道(6-4)滑动定位座(6-2),使车钩面定位板(6-2-2)移动至距离限位块(6-3)100mm的位置,便于FE端的落入;此后,将FE端(19-3)落入两根边梁内弯弧段(19-2-1)内,使其位于支撑架(17-1)前端,并使其下端面的后端与地板(19-1)拼接成缝;支撑架(17-1)的各条支腿可用于调整FE端(19-3)与FE端定位工装的匹配高度;
步骤5.3:将FE端(19-3)的底板与地板(19-1)接缝处高度调平,其具体过程为:将FE端(19-3)后方下端面坐落于多个对缝压紧器(17-2)的对缝压紧器支撑平台(17-2-1-1)上,并使每一个竖板(17-2-2)均从FE端(19-3)与地板(19-1)的接缝中穿出;此后,利用固定座(17-2-3)的向下椅形压紧块(17-2-7),使得每一个对缝压紧器(17-2)中的一个压板(17-2-7-3)压紧地板(19-1),另一个压板(17-2-7-3)压紧FE端(19-3)的底板,辅助支撑座(3)直接支撑在临近对缝压紧器(17-2)的地板(19-1)下方,从而实现二者接缝处高度的焊接定位调平作业;
步骤5.4:将定心螺栓(9-7)与FE端定位工装上对应的T形槽(6-2-1-1)定位连接,从而使定向定量支撑机构(9)的纵向中线平面与以车钩座定位机构(6)为基础的FE端定位工装的中线平面重合;接着,通过将V形定位座(9-5)与V形槽(9-6)外表面对齐,使定向定量支撑机构(9)沿X轴方向与FE端定位工装的X轴重合定位,Y轴方向则通过V形滑槽自然下落实现定位;此后,旋紧定心螺栓(9-7),使定向定量支撑机构(9)与车钩座定位机构(6)固连,完成定向定量支撑机构(9)在XOZ中线平面上的定位;
步骤5.5:沿轨道(6-4)滑动车钩面定位板(6-2-2)使其与限位块(6-3)的端面所在的竖直平面W重合并固定;通过八个车钩面板定位螺栓(6-2-3)将FE端车钩座接口面板(19-3-1)均与车钩面定位板(6-2-2)固定连接;
步骤5.6:反向转动进给调节螺栓(9-12),使两根被偏心调节端座(9-9)左右撑开的边梁内弯弧段(19-2-1)缓慢复位,直至两根边梁内弯弧段(19-2-1)均达到图纸所给定的已知位置时,停止复位操作,并利用多个边梁压紧机构(17-3)和边梁弧形端压紧机构(5)分别对两根边梁内弯弧段(19-2-1)的上端面进行压紧,利用边梁弧形端部顶紧机构(7)分别对两根边梁内弯弧段(19-2-1)的前部端头进行顶紧定位;边梁弧形端支撑座(8)则用于对边梁内弯弧段(19-2-1)端部附近的下端面进行支撑定位;
步骤5.7:此后,完成步骤4.2所述后续焊接预留段的焊接作业,即完成了FE端(19-3)与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对工序;
步骤六:将端底架(19-4)与步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对,其具体包括如下子步骤:
步骤6.1:将另外一个边梁压紧机构(17-3)平行布置于临近端底架(19-4)的底架中线定位工装(1)的后方,并在该边梁压紧机构(17-3)的基座上布置一个支撑架(17-1)的两条支腿,该支撑架(17-1)另一端的两条支腿由支撑平台(10)的中段支撑,地板(19-1)的端部搭在支撑架(17-1)上,支撑架(17-1)用于调整地板的水平高度;
步骤6.2:用两个边梁尾部侧顶紧机构(11)从相对的两个方向将边梁(19-2)的外侧壁沿Y轴方向横向顶紧,用两个边梁尾部压紧机构(12)以及步骤6.1所述的边梁压紧机构(17-3)将边梁(19-2)的上端面沿Z轴方向向下压紧定位;
步骤6.3:将端底架(19-4)以安装姿态落座于步骤4.2所述带有侧梁的地板大部件的地板(19-1)上,并将至少两个端底架上盖板压紧机构(15)均通过其对应的第一吊环(15-2)吊装并布置于端底架(19-4)的端底架长盖板(9-4-1)上方,此后,将每一个端底架上盖板压紧机构(15)上的两个第一导向块(15-4)均从端部插入边梁(19-2)的下端面的边梁长槽(19-2-2)内,然后旋紧两个第一调节螺栓(15-3),使第一调节螺栓(15-3)的下端将端底架长盖板(9-4-1)压紧并与地板(19-1)密贴;用同样的方法将两个端底架底板压紧机构(16)上的两个第二导向块(16-4)均从端部插入边梁(19-2)的下端面的边梁长槽(19-2-2)内,然后旋紧两个第二调节螺栓(16-3),使第二调节螺栓(16-3)的下端将端底架短盖板(9-4-2)向下压紧;
步骤6.4:将端底架前端圆弧板(9-4-3)的前端面分别与两条边梁(19-2)的末端对接,并用两个端底架弧形端顶紧机构(13)分别从端底架前端圆弧板(9-4-3)的后方将对应边梁(19-2)末端的连接部分沿X轴方向顶紧;
步骤6.5:将一个地板端部压紧机构(14)中的顶紧座(14-2)、垂向压紧螺杆(14-3)和U形块(14-4)三者共同组装成为一个杠杆下压机构,其中U形块(14-4)的延长光杆部分作为杠杆,顶紧座(14-2)作为杠杆机构的支点,垂向压紧螺杆(14-3)作为向下的压力驱动装置;此后,将所述杠杆下压机构布置于端底架前端圆弧板(9-4-3)的外侧,并将U形块(14-4)的延长光杆端穿过内凹斜框窗口(9-4-3-1),再将压紧垫块(14-5)置于内凹斜框窗口(9-4-3-1)内侧的窗框下方;通过旋转垂向压紧螺杆(14-3)驱动U形块(14-4)的延长光杆压迫压紧垫块(14-5),从而对与内凹斜框窗口(9-4-3-1)垂直连接的端底架长盖板(9-4-1)下压并与地板(19-1)密贴;地板端部顶紧器(14-6)用于从端底架前端圆弧板(9-4-3)外侧对其内凹斜框窗口(9-4-3-1)的下沿施加X轴的顶紧压力;至此即完成了端底架(19-4)与带有侧梁的地板大部件进行焊接前的定位组对作业。
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