机车变压器梁部件自动焊设备优化提升_张克新.pdf

书书书技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期机车变压器梁部件自动焊设备优化提升张克新，李凌，何清和(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)摘要:基于现有机车变压器梁部件自动焊设备的现有配置和使用情况，结合变压器梁的结构特点，提出了自动焊设备优化提升方案。对 T 型梁自动焊工装进行优化改造，解决焊接变形大的问题;对自动焊设备进行双工位改造，新增一个箱型梁自动焊台位，实现了该设备多产品的焊接，设备使用率提高了 100%以上。关键词:机车;变压器梁;自动焊设备;优化doi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0011概述机车变压器梁部件自动焊设备(以下简称 T 型梁机器人)为单工位焊接机器人(见图1)，主要用于变压器梁的 T 型梁焊接。T 型梁自动焊工装(见图 2)由 1 个底座、1 个龙门和 5 套压紧装置组成。其中单个压紧装置就有 25 kg，员工操作不方便;T 型梁经自动焊后焊接变形大，与手工焊相比调修时间增加 1倍。目前机车 T 型梁仍为手工焊，因此拟采用现有 T型梁机器人使 T 型梁实现自动焊批量生产。图 1T 型梁机器人压紧装置龙门组成底座图 2T 型梁自动焊工装T 型梁自动焊作业时间为 2 h/件，按照每天 1 节车体节拍计算，需要焊接 2 件 T 型梁，机器人作业时长仅4 h/d;用于 T 型梁装夹、拆卸和焊后冷却等待时间需要1 h/件。因此，机器人实际作业时间更短。如果 T 型梁机器人仅焊接 T 型梁，设备利用率只有50%。因此，须对 T 型梁机器人进行优化提升。2变压器梁结构机车变压器梁结构(见图 3)主要由 2 个 T 型梁、2 个箱型梁和 1 个中心纵梁组成。为了控制变压器梁的焊接变形，提高组焊精度，T 型梁和箱型梁需要提前单独组焊。箱型梁中心纵梁T型梁图 3变压器梁结构主要车型的变压器梁部件尺寸见表 1。T 型梁最大长度为 3 170 mm，箱型梁最大长度为 3 070 mm，比最大尺寸的 T 型梁小 100 mm。因此，如果使用 T 型梁机器人焊接箱型梁，长度满足要求，头尾架不需要移动。表 1变压器梁部件尺寸序号车型部件名称长/mm宽/mm高/mm1车型 1T 型梁3 1701204262车型 2T 型梁2 5501204203车型 3T 型梁2 6701204204车型 4T 型梁2 670804205车型 1箱型梁3 0702204266车型 2箱型梁3 0652204207车型 3箱型梁3 0652204208车型 4箱型梁3 0702204201创新与实践TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，20233自动焊设备优化3.1T 型梁自动焊台位改造3.1.1工装改造为了实现 T 型梁自动焊，从成本考虑，在原 T 型梁自动焊工装的基础上进行改造，改造后的效果如图4所示。在充分考虑焊接变形和工装夹紧力的情况下，对工装进行以下优化。将 5 套压紧装置优化为 3 套，并且对压紧装置结构进行轻量化设计，保留从 2 个方向压紧 T 型梁的功能(见图 5)，改造后的每套压紧装置仅 17 kg。图 4T 型梁自动焊工装(改造后)方向1方向2图 5压紧装置结构(改造后)在龙门组成上设置 3 组反变形条，对 T 型梁立板的旁弯进行反变形控制;在底座上设置 2 组反变形条，对 T 型梁立板的立弯进行反变形控制。3.1.2自动焊编程与焊接对 T 型梁进行编程与焊接(见图 6)，焊接后的工件(见图 7)旁弯 5 5 mm，立弯 1 mm;手工焊的 T 型梁旁弯 7 5 mm，立弯 2 5 mm。经过对 T 型梁的旁弯和立弯施加反变形，相比手工焊的工件，旁弯减小2 mm，立弯减小 1 5 mm，焊接效果显著，极大地减小了工件调修量。图 6T 型梁自动化焊接图 7焊接后的 T 型梁3.2设备双工位改造为了提高设备利用率，在 T 型梁自动焊台位的基础上，对 T 型梁机器人进行双工位改造，将 2 个工位设置在一个整体平台上，效果如图 8 所示。图 8T 型梁机器人(改造后)2技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期3.2.1箱型梁自动焊工装设计箱型梁自动焊工装的设计和装夹方案如图 9 所示。该工装采用压紧装置对箱型梁两端压紧，单侧用定位块实现准确定位;压紧装置位置可调节，使其可适应和谐型和复兴动车等典型车型箱型梁的焊接。工装实物如图 10 所示。工装主体工件压紧装置定位块3500图 9箱型梁自动焊工装设计方案图 10箱型梁自动焊工装实物3.2.2自动焊编程与焊接用工作试件进行相关工艺评定，其宏观金相如图11 所示，焊缝根部熔合良好，焊接质量好。图 11箱型梁试件宏观金相对和谐型机车箱型梁进行自动焊编程与调试，焊接效果如图 12 所示，除了焊接接头以外，其余焊缝成型美观，外观一致性好。编程调试完成后，对工件进行编程与焊接，将焊接后的工件进行磁粉探伤，结果如图 13 所示，焊缝无气孔、裂纹等缺陷，焊接质量良好。图 12焊接后的箱型梁图 13探伤后的箱型梁4结语相比手工焊，自动化焊接优势明显，机车车体实现自动焊的部件也越来越多1 5。T 型梁机器人经双工位改造后，实现了机车变压器梁部件 T 型梁和箱型梁的自动焊，使该机器人能够实现多产品焊接，设备使用率提高 100%以上;在 T 型梁装夹、卸载和焊接冷却等待时，可对箱型梁进行焊接，减少了等待时间，提高了员工工作效率。(下转第 9 页)3技术与市场创新与实践2023年第30卷第2期表 10螺栓强度校核结果螺栓编号摩擦系数预紧力工作应力安全系数表面压力安全系数表面压力安全系数防滑安全系数4G=0 08K=0 13Fmax FMzul;FM FMmin满足2 2满足2 6满足9 3满足2 0满足6结论借助有限元仿真方法对撒砂装置进行强度计算，得到撒砂装置与轴箱间的连接螺栓在计算工况中所承受的轴向力与横向力。依据 VDI 2230 标准对最危险的 4 号螺栓进行校核，结论如下:该连接螺栓的预紧力、工作应力及防滑性能均满足设计要求。运用有限元仿真分析与 VDI 2230 校核相结合的方法，不仅避免了完全使用有限元仿真进行螺栓强度计算中可能出现的螺栓有限元模型建模、装配接触关系造成的偏差，又能系统地校核危险螺栓的失效情况。这种分析流程为撒砂装置关键连接件的设计安全提供了理论依据。同时，这种方法还能通过控制单一方向振动加速度反推算出其余各方向所能达到的极限振动加速度，寻找危险工况，以及综合对比摩擦系数对螺栓强度和防滑性能的影响，为撒砂装置整体的设计安全提供了思路6。参考文献:1 姜涛，张宗康 HXD3 及 HXD3C 型电力机车撒砂装置的结构优化研究 J 铁道机车与动车，2018(10):3741+6 2 曾燕军，胡坤镜，李祥涛，等 基于 VDI 2230 的排障器螺栓连接强度校核 J 技术与市场，2022，29(5):4648+52 3 刘艳，周克栋，赫雷 基于 VDI 2230 标准的某风力机关关键连接件强度分析J 机械制造与自动化，2020(6):197 200 4 VDI 2230 高强度螺栓连接的系统计算 S 2015 5 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会 GB/T 57832016 六角头螺栓 全螺纹 S 中国机械工业联合会，2016 6 王晟晟，陈诚 国内轨道车辆撒砂装置探讨及展望 J 科学技术与创新，2021(8):27 28作者简介:胡欣欣(1988)，女，内蒙古赤峰人，硕士，工程师，研究方向:载运工具结构中的强度及可靠性运用。(上接第 3 页)参考文献:1 李凌，梁喜成 机车底架自动化焊接工艺研究J 机车车辆工艺，2020(1):12 14 2 姚杞，黄海旭，许立勇 蓄电池电力工程车枕梁自动焊接工艺应用 J 焊接技术，2018，47(5):87 89 3 梁红波，梁喜成，李凌 重载货运机车侧梁自动焊工艺研究 J 电力机车与城轨车辆，2020，43(3):68 70 4 何清和，席孟实，李凌 HXD1 型机车牵引梁框架自动焊工艺研究 J 电力机车与城轨车辆，2020，43(5):64 66 5许立勇，姚杞 apid Weld 自动焊在电力机车底架地板上的应用J 金属加工(热加工)，2019(6):8 10作者简介:张克新(1976)，男，山东高唐人，本科，高级工程师，从事电机机车工艺质量研究工作。9