董建峰 郑国庆 孙 浩 王雪丽

(中车山东机车车辆有限公司 山东 济南 250022)

驮背运输是一种公路和铁路联合的运输方式，货运汽车或集装箱运输车可直接开上火车车皮运输，到达目的地再从车皮上开下。该运输方式运用于铁路运输领域，在北美和欧洲已经十分普遍。铁路驮背运输作为多式联运和门到门运输的重要组织形式，兼具经济节能、绿色环保、安全可靠等特点，为货主提供全程“一票式”服务，实现铁路货物运输和公路货物运输的“无缝”衔接，运输效率极大提高，对降低物流成本、减少能源消耗及污染物排放等具有重要的意义。

中车山东机车车辆有限公司自行研制的STX4型驮背多功能运输车能够满足集装箱运输以及半挂车的运输，为公司新增的自主设计车型，提升了市场竞争力。图1所示为STX4型驮背多功能运输车。

图1 STX4型驮背多功能运输车

1 车体主要结构特点

该车车体为全钢焊接的整体承载结构，由牵引梁、端梁、侧梁、枕梁、大横梁、地板、凹底横梁等部件组成。车体主要材料为Q45ONQR1、Q450AW或Q450EW高强度耐候钢。牵引梁采用双腹板与下盖板、地板组焊成箱型结构，大横梁为双腹板箱型结构，侧梁为上盖板、连接板、加强板等组焊而成的板柱式结构，车体上设有集装箱锁闭装置，两端各设有2个推拉翻转锁，中间设有4个悬臂翻转锁，锁头均为鹰头锁。能够满足运输2只20 ft国际标准集装箱/1只40 ft国际标准集装箱或1只45 ft国际标准集装箱的要求。该车设置8个原位翻转锁，4个悬臂翻转锁，需要重点控制各种形式下的型式尺寸以及锁座高度差。底架设置有车辆定位装置安装接口及相应的防护装置，车辆端部安装卫星精确定位装置。轮胎固定装置主要由3个固定卡座、2个活动卡座、卡座支撑横梁、地板及滑轨机构组成。可满足装载车辆长度10 m～13.75 m的半挂车的轮胎固定要求。活动鞍座主要由鞍座、链条、轨道、操作杆、链轮等组成。活动鞍座可根据半挂车型号的不同调整其位置及高度。活动鞍座承载面距凹底承载面高度为1 200 mm，可适用于半挂车50号牵引销的锁闭。

2 车体制造工艺难点及解决措施

该车底架长度为16 278 mm，心盘距为13 122 mm，凹底长度为8 212 mm，凹底高度为840 mm，在铁路货车系列中属于长大车型。该车采用凹底无中梁车体结构，主要承载部位为侧梁组成，是由上盖板、连接板、加强板等组焊而成的板柱式结构。侧梁全长为16 258 mm，主要由加强梁、侧梁(1)、侧梁(2)拼接组焊而成，其中侧梁(2)长度为8 006 mm，较为长大，需要进行3段拼焊。整条侧梁纵向由6段组焊而成，需要重点控制焊接变形及挠度。加上轮胎固定装置及活动鞍座的设计，增加了车体的整体制造难度。下面主要介绍该车车体制造过程中的难点及工艺上采取的主要措施。

2.1 牵引梁组成

STX4型驮背多功能运输车车体采用无中梁凹底结构，为了与车体中部凹型底架相连接，端部底架采用了斜面结构设计。牵引梁组成作为端部底架的重要组成部分采用直面结构设计，其既是车辆运行过程中纵向传递的重要受力部件，又直接影响到车钩缓冲装置组成后车钩的高低。牵引梁结构为板拼焊结构，主要由牵引梁腹板、牵引梁下盖板、枕梁盖板、隔板等拼焊而成，板厚为16 mm，双剖口，焊接量大，这些位置焊接应力集中，在自由状态下焊接变形较大。

为了解决焊接变形的问题，从下料工序进行内控，牵引梁腹板由激光切割机进行下料，长度方向按照5 mm的挠度进行切割，下盖板预制5 mm的挠度。设计制作了牵引梁组对胎，有便携式龙门装置(有顶压风缸)，组对胎本身制作反变形装置，底面有5 mm挠度接触块，下盖板外侧由压紧丝杠装置压紧，腹板由顶压风缸压紧，间隙控制在0～1 mm进行点焊，然后在压紧状态下完成正面一次焊接，待冷却4 h以后，上牵引梁翻焊胎固定压紧后焊接其余焊缝。牵引梁焊接完成后下垂保持在2～3 mm，满足设计5 mm的要求，有效控制了牵引梁上翘的问题。

2.2 侧梁组成

该车采用凹底无中梁车体结构，主要承载部位为侧梁组成，是由上盖板、侧梁、加强梁、连接板、加强板、补强板、补板等组焊而成的板柱式结构，全长约16 m。由于侧梁组成结构为板拼焊结构，侧梁、加强梁、连接板、加强板、补强板、补板为双坡口焊接，焊接量大，热输入高，焊接变形难以控制。而锁闭装置位于侧梁上平面，因此要控制侧梁的整体高度一致。对侧梁的挠度、焊接的变形、锁闭装置安装位置高度差的控制是工艺控制的重点及难点。

为了有效控制侧梁组成的变形和挠度，应该从制作反变形和优化焊接工艺两方面着手，侧梁三维图如图2所示。

图2 侧梁三维图

2.2.1侧梁变形的控制

(1)设计制作单根侧梁组对胎，在组对时设置预挠，在适当位置设置压紧装置，中部缺口处设工艺撑杆，保证组对精度。为减少焊接变形，在侧梁两端各增设了3处工艺筋板。通过组对胎的控制，保证侧梁上挠12 mm～18 mm。

(2)设计制作单根侧梁调修胎，在组焊后对侧梁的扭曲变形、侧挠进行调修，保证侧梁的直线度不大于5 mm。

(3)设计制作侧梁组对胎，用于侧梁组成的组对。通过组对胎的定位压紧装置提高侧梁组成的组装精度。在中部加强梁的适当位置设置4根工艺撑杆，在侧梁组装完成后将缺口处的车体宽度撑至要求宽度的上限加30 mm，保证在拆除撑杆后车体宽度能回收至要求的范围内。在侧梁中部的下翼缘的适当位置设置3根工艺拉杆，将两侧梁下翼缘的宽度拉至要求宽度的下限减20 mm，保证在拆除拉杆后下翼缘的宽度能回到要求的范围内。

(4)侧梁缺口处需焊接锁座，且为了保证锁座的强度，设置了补强板，焊接量很大，直接焊接容易造成缺口处内收，使侧梁的挠度变小。为此，在组焊锁座时，两侧均增加顶起装置，安装挠度控制，使顶起挠度控制在12～18 mm，保证焊接完成后侧梁的挠度不会变化。

2.2.2优化焊接工艺

(1)由于侧梁与加强梁为单侧长大焊缝，容易造成侧梁下翼缘变形外张。此焊缝在单根侧梁组焊时控制难度很大，经过分析，决定将此焊缝的焊接调整至底架翻转焊接工序，由于在侧梁组成组对工序已经设置了侧梁下翼缘工艺拉杆，可以有效地减少此焊缝对下翼缘变形的影响。另外，在此工序可以将焊缝转至平焊位置，更有利于提高焊接质量。

(2)将底架附属件的划线组焊设置在翻转工序，既便于划线组对，又增加了底架翻转向下的时间，利用车体自重使侧梁组成的挠度趋向于变大。

(3)由于加强板在侧梁中部，且焊缝较为长大，容易使侧梁挠度变小。通过将此焊缝的焊接顺序和焊接方向进行调整，减少了对侧梁挠度的影响。

2.3 底架组成

该车型底架由牵引梁组成、枕梁组成、侧梁组成、大横梁、端梁、地板组装和焊接而成，该车型底架为无中梁凹底结构，为了与车体中部凹型底架相连接，端部底架采用了斜面结构设计，由于结构的限制，需要按模块进行组装，各模块连接部位间隙及各项尺寸很难得到保证，底架组对的尺寸直接影响后续锁闭装置的安装及活动鞍座的安装，是工艺控制的重点及难点。

为了解决这个问题，底架组装时要以锁座安装位置对角线为基准进行组装，以保证后序组装锁闭装置时的对角线要求。底架组对胎上设置侧梁高度检测点，用以检测锁座安装处的侧梁高度，同时要将两侧梁挠度控制在2～10 mm范围内，并调整至数值基本相同，以保证后序组装锁闭装置时的承载面高低差不大于6 mm的要求。底架翻焊时，底架翻转180°后采用顶镐形式将侧梁顶至水平后再进行焊接，避免焊接后侧梁挠度过大。底架铺地板时，将底架中心位置中梁、侧梁顶起形成拱形，心盘位置与工装刚刚接触为宜，地板正面焊接时同样将底架中心位置中梁、侧梁顶起形成拱形，心盘位置与工装刚刚接触，可以有效防止焊接过程中受重力影响下垂。焊接完成后通过矫正胎矫正控制底架挠度在12～18 mm，锁闭位置安装面高低差不超过2 mm，Ⅰ位端活动鞍座安装面平面度控制在5 mm。为控制端部地板平面度，采用埋弧焊接的形式，下部采用工艺筋板进行固定，焊接完成后去除，可以有效控制地板平面度。图3所示为车体钢结构三维图。

图3 车体钢结构三维图

2.4 锁闭装置组装

锁闭装置是集装箱安装定位装置，通过锁闭装置固定集装箱，防止集装箱脱出。同时，为保证集装箱顺利放入，吊运时不卡滞，需要对锁闭装置的精度严格控制，每组锁头对角小，直线度、高度差均须控制在2 mm以内，国内各类集装箱平车均有成熟的工艺，但SXT4型平车不同于国内通用平车，需要在牵引梁制作、侧梁制作及底架组对时进行相关尺寸的控制。如果组成底架以后再进行调整难度很大，所以需要各部件在锁闭位置的高度一次性进行精度控制。底架组对时控制枕梁、横梁高低差、侧梁对角线、挠度等以保证集装箱锁闭装置的对角线以及承载面高低差符合要求。

2.5 活动鞍座及轨道组成

活动鞍座是驮背运输车上发明的一种技术，可以根据半挂车的长度尺寸，调整活动鞍座的位置，适用不同长度半挂车的运输需要，同时设置锁舌和联动锁闭装置，使得半挂车牵引座和活动鞍座的连接更为可靠，安全性能提高。所以需要鞍座在链条组成上来回往复运动不卡滞。这就要求保证链条的平行度、宽度的尺寸以及鞍座本身的组装质量。

为保证鞍座组装质量，需要严格控制鞍座凹底承载面空车距活动鞍座承载面1 200 mm±2 mm的尺寸。链条组成需要在地板铺装后进行轨道安装，轨道的平面度、直线度均控制在2 mm以内，为防止轨道变形，采用段焊的形式，对中空部位进行打胶，保证防腐。活动鞍座及轨道三维图如图4所示。

2.6 轮胎固定装置

轮胎固定装置是半挂车车辆吊入运输车后，用于固定轮胎的装置。轮胎固定装置定位比较重要，其底部采用圆柱销与地板孔进行安装定位，由于焊接变形会导致安装时安装不到位或卡滞。为保证滑动装置中的定位销能够顺利进行定位，定位销点固后组装移动垫块中的垫板，组装完成后采用工艺定位装置固定定位销位置再进行焊接，焊接完成后待冷却2 h以上，去除定位板。这样可以有效控制轮胎固定装置的位置。

图4 活动鞍座及轨道三维图

3 结束语

通过STX4型驮背多功能运输车主要制造工艺、重点难点工艺措施等的实施，有效保证了STX4型驮背多功能运输车的产品质量，该制造工艺根据STX4型驮背多功能运输车图纸和技术条件，充分利用公司现有货车生产工艺装备，新增或改造部分工艺装备，即可保证试制生产的顺利完成。该制造工艺给国内、外相似结构敞车的生产提供了参考价值。□