关键词：CDD6A1；内燃机车；车体钢结构；模块化制造
1 前言
CDD6A1型机车是公司为出口而自主研发、设计的窄轨直流电传动客货运内燃机车。该机车主传动采用交-直流电传动，轴式为Co-Co，最大功率2200KW；采用单司机室外走廊罩式车体结构，底架承载结构方式。
车体（包括底架）是内燃机车的骨架，是各种设备如柴油机、传动装置及辅助装置等设备的安装基础。公司生产的类似车体的制造工艺采用逐件吊装各室侧墙、间壁等部件后焊接，其存在车体制造工艺复杂、一机一样无法标准作业、车体制造周期长等问题。
机车是我公司首次向南美国家出口的大批量内燃机车，机车运用线路复杂，质量要求高。我们结合其结构特点，在该批车体制造上采用了模块化制造工艺技术，即将车体各室组焊成独立模块，车体制造时直接吊装模块，大大改善了车体制造工艺，保证了该批车体高质量及一致性，并缩短制造周期，取得了较好的效果。
2 类似结构车体制造工艺存在的不足
公司生产的、成熟的类似结构车体（以GK1C为例）制造工艺主要流程为：首先组焊车架，并以车架为基准，吊装司机室；然后以司机室为车体各部件的组装基准，依次组装车体各部件侧墙、隔墙及端墙等，定位、焊接；烤火调修后组焊车体各室内附件，最后组装顶棚，焊接倒置螺栓，完成车体精整、交验。原制造工艺主要存在以下不足：
2.1 车体各室尺寸有误差
由于车体各部件均存在尺寸误差，在组装过程中存在误差累积，对后续各室的组装尺寸造成影响，需对侧墙、隔墙及端墙等部件进行前后、左右方向的反复调整，才能确保各部件的组装、配合。可能出现：车体整体组装后，设备定位尺寸及车体各室尺寸无法满足技术要求的问题。
2.2 车体各室不能正常复位、互换性差
车体各部件组装后存在大量的连接焊缝，焊接后存在变形和内部应力，拆卸后需采用特殊工艺手段（如扩孔、丝杆拉压等）才能将其复位。且由于每台车部件组装后的位置、尺寸均存在差异，同批次机车不同车号车体的相同部件不能互换，一致性差。
2.3 工业卫生差，防护底漆质量不能保证
车体各部件组装过程中，为确保各部件的组装位置及相互间的连接，不可避免地存在配修、配割，其作业过程不仅产生大量的氧化渣，落入车体间隙，同时高温会严重破坏各梁、部件已做好的底漆，产生大量烟雾、粉尘，导致车体工业卫生差。
2.4 车体制造工艺复杂，车体制造周期长
原制造工艺要求车体上部所有部件及附件的组装、焊接作业均集中在车体吊装工位进行，作业工序集中、工作量大。大量的配修、配割和车上焊接都受到车体作业位置、空间的限制，组装、焊接作业时间长。车体作业工序已成为车体生产瓶颈，每月车体的最大产量8台，严重制约车体钢结构的节拍化生产。
3 CDD6A1机车车体结构简介
CDD6A1机车采用外走廊罩式车体，底架以上结构由前机室、司机室、电气室、传动室、动力室和冷却室等6个室组成，每个室（或侧墙）都设计成独立的模块结构。车体结构布置见图1。
.png)
图1 CDD6A1车体结构布置
车体主要特点如下：
（1）前机室、司机室和电器室侧壁左右等模块在吊装、定位后，与底架焊接。
（2）传动室、动力室和冷却室等3个模块吊装后，通过安装座与底架联接（图2），安装座定位后分别与底架、各模块焊接。
（3）电器室与传动室、传动室与动力室、动力室与冷却室等模块间的外部安装波纹胶条（图3），不仅密封防止漏雨，同时改善机车外观质量。
.png)
图2 安装座组焊 图3 波纹胶条安装
4 CDD6A1车体模块化制造工艺
4.1 CDD6A1车体模块化制造工艺流程
车体模块化制造工艺主要包括以下步骤：首先组焊模块的零部件；再按各模块结构尺寸要求，组焊形成模块；最后进行车体模块化吊装、顶盖组装等（即吊装各模块，定位、焊接，组装顶盖），完成车体精整、交验，见图4。.png)
图4 车体模块化制造工艺流程图
通过车体模块化制造工艺，主要达到以下目标：（1）提升车体制造质量，减少错漏装，避免总组装时‘动火’；（2）改善车体制造工艺，缩短车体制造周期；（3）实现机车总组装‘车体先油漆，后组装’；(4) 保证机车生产质量的一致性。
4.2 CDD6A1车体模块化制造工艺
为实现各室模块化组装，保证质量、提高效率，我们对车体各模块均自行设计、制作了专用的整体组焊工装，有效保证各模块尺寸。
4.2.1 前机室模块制造工艺
（1）组焊工艺流程：先组装防撞柱、立柱和横梁等，焊接、调修；在前机室组焊工装上，以平台为基准，组装防撞柱、立柱和横梁，刚性固定、夹紧后焊接；组装各蒙皮、附件等，焊接；调修、精整、交出。（见图5）
（2）工艺措施：①将模块各梁摆放至工装，调整工件位置至工艺尺寸，尤其与底架相接的前、后端宽度尺寸，定位、夹紧后焊接。②模块后端部上、下部分别焊接2件支撑梁，保证后端尺寸。③两侧面的安装板组成中螺母座组装用样板，定位后再焊接。④焊后测量横梁的直线度，烤火调修。
.png)
图5 前机室模块及组焊定位工装图
4.2.2 传动室模块制造工艺
（1）组焊工艺流程：先组焊侧壁组成左右、间壁等部件，调修合格；在传动室组焊工装上，以平台为基准，组装各部件，形成框架、定位夹紧后焊接；组装电阻制动安装架等附件、焊接；烤火调修立柱、横梁直线度，精整、交出。（见图6）
（2）工艺措施：①将侧壁、间壁分别摆放至工装胎，先测量大对角再测量小对角，保证对角线尺寸在公差范围。②测量侧壁、间壁的垂直度，并调整工件位置，再测量模块各尺寸后进行定位、夹紧，焊接框架。③模块两端上、下部分别焊接4件支撑梁，防止吊运和焊接过程中变形。④电阻制动安装架组装时，控制安装面水平和孔的对角线尺寸，焊接前在横梁处增加2件支撑梁，减小焊接变形。⑤焊接完后，测量立柱、横梁的直线度，烤火调修。.png)
图6 传动室模块及组焊定位工装图
4.2.3 动力室模块制造工艺
（1）组焊工艺流程：先组焊侧壁组成左右、间壁、弯梁等部件，并调修合格；在动力室组焊工装上，以平台为基准，组装各部件，形成框架、定位夹紧后焊接；组装滑槽等附件并焊接；精整、交出。（见图7）
（2）工艺措施：①将侧壁、弯梁、间壁分别摆放至工装胎，测量前、后端对角线尺寸在公差范围。②测量侧壁、弯梁的垂直度，并调整工件位置，再测量模块各尺寸符合工艺要求后，定位、夹紧，焊接框架。③模块两端上、下部分别焊接4件支撑梁，防止吊运和焊接过程中变形。
.png)
图7 动力室模块及组焊定位工装图
4.2.4 司机室模块制造工艺
（1）组焊工艺流程：先组焊侧墙组成左右、前后端墙等部件、单梁，并调修合格。在司机室总组装工装上吊装司机室，首先吊装侧墙左右、前后端墙，调整尺寸、找正定位夹紧后，焊接；再依次组装二层顶、顶盖骨架和蒙皮，焊接；组装扎线杆等附件并焊接；精整、煤油渗漏试验后交出。（见图8）
（2）工艺措施：①将前、后端墙和左、右侧墙分别摆放至工装胎，测量对角线和侧墙、端墙的垂直度，保证相关尺寸在公差范围；注意与底架连接的前、后端宽度尺寸；定位后夹紧，定位焊接。②顶盖装配先组装二层顶，控制二层顶平面度及其与侧墙的角度（用样板检查）；再组装骨架和蒙皮，焊接。③顶盖空调安装座用定位样板组装、焊接。④前后门框、侧窗框、前窗框都采用样板进行检查。⑤司机室顶部焊缝煤油渗漏，检查合格。
.png)
图8 司机室模块及组焊定位工装图
4.2.5 车体总组装制造工艺
车体总组装制造工艺流程按图4要求进行。由于各车体模块已完成主要尺寸的控制以及附件的组焊，车体总组装过程主要控制工艺措施包括：
（1）车体挠度预制 把交验完毕的底架放置于支撑装置上，将4个支撑点的车架外旁承调至同一水平，将底架拉紧固定，调节中部上挠度至22-26mm和端部下挠8-10mm。
（2）司机室模块吊装 车体司机室定位是车上各模块的组装基准。吊装司机室时，检查司机室前端墙、后端墙的中心与车架纵向中心线重合，要求误差≤1mm；此外，司机室端墙、侧墙对车架上平面的垂直度用铅垂线检测≤5mm，并观察司机室组装后与车架外侧面接平，错位≤2mm。确定组装符合要求后，再进行定位焊接。
（3）车体蒙皮平面度调修 采用真空吸附调平法对侧壁、间壁和司机室等蒙皮进行烤火调平，用高压风对加热面进行降温。加热温度控制在500℃-600℃（烤火点呈暗红色），枪嘴到被调平面的距离控制在10-15mm。
对局部真空吸附无法调平处，直接烤火、高压风冷却，用铜锤加垫木打平至符合要求。
（4）车体工业卫生清洁 车体气割、喷砂和底漆后，各模块与车架间、模块间各缝隙累积的渣子、沙粒等杂物，为确保清洁，工艺上规定在车体交验后，需将各模块吊下车体，并清理车上各处杂物，再转下工序作业。
5 CDD6A1车体钢结构质量检测
通过以上工艺措施，有效控制了车体各模块、车体吊装后的尺寸、平面度。在保证了车体设计技术要求的同时，提高了工艺性和质量的一致性，提高效率，具体尺寸检测如表1所示。
表1 车体主要质量控制数据
.png)
通过实施模块化制造工艺和制定合理的工艺措施，车体各模块和车体吊装后的尺寸得到了很好的控制。各模块拆卸后可正常复位，部件的互换性得到了提高。此外，大部分附件组装调整到模块制造工序，减少了车体吊装后附件的组装，避免错漏装；车体吊装后的焊接量也大量减少，缩短了车体制造周期，车体每月的最大产量达到20台；所有机车按总组装‘车体先油漆，后组装’工艺执行。
6 结束语
通过批量CDD6A1机车的生产过程验证，上述车体组装、焊接工艺能很好的满足批量生产过程中的车体钢结构的生产效率和质量要求，机车质量得到了客户的肯定，为公司更多类似车型提供了钢结构车体的生产经验。
论文作者:李满清
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：车体论文; 模块论文; 制造工艺论文; 尺寸论文; 底架论文; 机车论文; 司机论文; 《科学与技术》2020年1期论文;