毕越宽，石　华，柳士强，安　博，孙林祥

孟加拉与CW-200K构架附加气室结构和焊接工艺

毕越宽1，石华2，柳士强1，安博1，孙林祥1

（1．唐山轨道客车有限责任公司转向架新厂，河北唐山063035；2．唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心，河北唐山063035）

空气弹簧取代摇枕作为转向架的二系悬挂对客车提速、舒适度等性能发挥着重要的作用。介绍转向架构架附加气室和空气弹簧的作用，对比分析孟加拉和CW-200K型转向架构架附加气室的结构，简单分析二者焊接工艺的异同点。分析这两种转向架构架附加气室主要的焊接失效部位，指出这两种转向架构架附加气室在结构和焊接工艺方面需要完善和优化的地方。

构架；附加气室；空气弹簧；焊接工艺

0　前言

客车转向架的悬挂装置一般分为一系悬挂、二系悬挂，国内低速转向架二系悬挂通常采用摇枕装置，比如时速120 km/h的209P型转向架。时速超过160 km/h的客车通常采用空气弹簧代替摇枕组成作为二系悬挂。无摇枕结构转向架具有结构简单、质量轻、安全可靠、检修方便等优点，被国内外广泛应用于高速列车上。空气弹簧应用于高速客车有利于提高车体的平稳度和乘坐舒适性[1]。

配备空气弹簧部件的转向架都会带有附加气室，不同种类转向架的附加气室结构和位置不尽相同。构架是转向架的支撑骨架，由横梁、侧梁及附件构成。附加气室可以位于构架内部，也可以位于构架外部。如CRH380BL动车组的枕梁组成为附加气室，位于构架的外部。CW-200K构架的附加气室位于侧梁内腔，唐车公司自主研发生产的孟加拉构架附加气室位于横梁钢管内，这两种转向架的附加气室都位于构架内部。

1　空气弹簧

空气弹簧发明于19世纪中期，早期用于机械设备隔振，目前被广泛应用于汽车、机车车辆等交通工具。我国自20世纪50年代开始对空气弹簧进行了较为系统和专业化的研究。目前，我国自主研发的空气弹簧在结构优化、使用性能等方面都取得了长足的进步。

空气弹簧的主要物理参数包括固有频率、刚度、气室容积、节流孔直径、等效阻尼等[2]。空气弹簧一般由上盖板、橡胶气囊、支撑座、下座、应急弹簧及节流阀等部件组成。SYS580型空气弹簧结构简图如图1所示，车体通过摇枕或者直接坐落在空气弹簧上，下座通过应急弹簧坐落在构架上，通过空簧导柱与构架气室联通，橡胶囊形成的空气室通过节流孔与附加气室相连，附加气室通过高度调整阀连接到列车供风管。

1—上盖板；2—橡胶气囊；3—支撑座；4—橡胶堆；5—节流阀图1　SYS580型空气弹簧结构

2　附加气室作用

附加气室可以增加空气弹簧的总容积，相关资料表明，在一定范围内增加附加气室的容积能够降低空气弹簧的刚度[3]。车体的重量作用在空气弹簧上，行车时空气弹簧的压力会不断变化，空气弹簧气室空间会相应的增减，所以空气弹簧和附加气室之间通过管路、节流孔连接会产生压力差，空气弹簧内部的空气会在空气弹簧和附加气室之间进行交换，可以改变空气弹簧的震动特性。管路里有气压传感器，可以实时监控空气弹簧的压力变化参数。

3　附加气室结构组成

CW-200K为H型构架，孟加拉为“日”字型，在构架的前后方各增加一个端梁。CW-200K与孟加拉构架的横梁、侧梁连接方式相似，都为插接形式。横梁材质都是进口的无缝钢管。

孟加拉附加气室主要由横梁钢管构成。如图2所示，侧梁两端各有一个密封结构，由气室上盖板、立板、下盖板拼焊而成，在两根横梁钢管伸出侧梁的位置各开一个通气孔（图2方框位置），这样两根横梁管和两端的密闭空间通过通气孔形成一个通路，构成孟加拉构架的附加气室。在附加气室的下盖板和立板位置分别开设一个孔（图3方框和圆圈处），与螺堵柱焊在一起，分别通过管路连接空气弹簧和车体供风缸。空气弹簧与构架附加气室的空簧导柱相连，构架附加气室与供风装置通过差压阀座相连。

图2　孟加拉构架横梁组成示意

图3　孟加拉构架附加气室结构示意

CW-200K构架附加气室位于侧梁内，由侧梁上盖板、下盖板、立板、端部筋板拼焊而成，如图4所示。侧梁上盖板、下盖板各开设一个孔，分别与空气弹簧和车体供风缸相连。CW-200K构架侧梁组成内焊接气嘴座，气嘴座与空气弹簧相连接，气嘴座的作用与孟加拉构架的空簧导柱类似。

4　附加气室焊接工艺对比分析

附加气室对密封性要求较高，所以附加气室的焊接尤为重要。两种构架的焊接参数如表1所示。

CW-200K构架的侧梁组成中上下盖板与立板的四条长焊缝采用CLOOS机械手焊接，其余部位均采用手工焊接。孟加拉构架横梁组成中，横梁钢管与端帽采用OTC机械手焊接，其余部位采用手工焊接。CW-200K构架的机械手焊接量要明显高于孟加拉构架。采用机械手焊接可以在提高生产效率的同时最大限度的控制焊接变形，机械手焊接质量稳定，有利于达到焊缝的气密性要求。这两种构架焊接后要求对气室做800 kPa气压试验，30 min内减压不得大于5 kPa。气室一般需要做两次气压试验，分别在构架整体热处理前后进行。这两种构架的附加气室内腔都需要做防腐处理，所以焊接后必须将气室内腔的焊接飞溅、铁屑去除，否则会形成腐蚀隐患，铁屑还容易引发空气弹簧气路堵塞。附加气室的焊缝都需要进行100％表面磁粉探伤，有焊透要求的需要进行100％超声波检测。

图4　CW-200K构架侧梁组成示意

表1　两种构架附加气室焊接参数

结构的差异导致CW-200K构架附加气室焊接量要多于孟加拉构架附加气室，所以CW-200K构架附加气室的焊接更为困难。通过长期生产经验发现，发生漏气最多的位置处于侧梁两端的筋板处，见图5a方框位置。立板与下盖板的焊缝、筋板与立板的焊缝在此处形成三方向交叉焊缝，交叉处由于热输入大、焊枪可达性不好等因素造成此处焊接缺陷多，漏气几率增加。孟加拉构架附加气室的焊接难点位于空簧导柱与气室上盖板、侧梁上盖板位置。这个位置同样涉及到三面焊缝重叠的问题，发生漏气的几率较大，见图5b方框位置。两种构架横梁组成与侧梁组成的连接焊缝不仅起到连接承载的作用，同时又是气室的密封焊缝。所以这条焊缝的焊接质量非常关键。焊接难点在于坡口深，焊工在焊接时需要不停调整焊枪角度，对焊工的技术水平要求高。

图5　CW-200K和孟加拉构架附加气室常见漏气位置

在附加气室的结构设计方面应尽量优化结构，减少焊接量，减少交叉焊缝数量，考虑焊接的空间位置和可达性。通过制定合理的焊接工艺减少附加气室的返修量，提高附加气室的使用性能。尽可能多地使用焊接机器人焊接关键焊缝，提高焊接质量。确保点固焊质量，多层多道焊接时控制层间温度并及时清理焊缝，避免在交叉焊缝处引弧和熄弧等。通过采用合理有效的措施，构架附加气室的焊接质量一定会有较大幅度的提升。

5　结论

（1）构架上的附加气室可以有效增大空气弹簧的容积。

（2）CW-200K和孟加拉构架附加气室大大提升了空气弹簧的使用效率，降低空气弹簧的刚度和固有频率。

（3）CW-200K附加气室整体焊接质量优于孟加拉构架附加气室，但局部漏气几率要大于孟加拉构架附加气室。

（4）需优化附加气室的设计结构，尽可能减少三面交叉焊缝结构。优化焊接工艺，避免在焊缝交叉处频繁引弧和熄弧。

[1]袁春元，周孔亢，吴琳琪.车用空气弹簧有限元分析方法[J].机械工程学报，2009，45（6）：262-266.

[2]王家胜，朱思洪.带附加气室空气弹簧力学特性参数试验[J].江苏大学学报，2010，31（4）：408-411.

[3]李芾，付茂海，黄运华.空气弹簧动力学特性参数分析[J].西南交通大学学报，2003，38（3）：33-36.

Analysis of the structure and welding process of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K Bogie

BI Yuekuan1，SHI Hua2，LIU Shiqiang1，AN Bo1，SUN Linxiang1
（1．Manufacturing and Technology Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China；2．Product&Tech.Research Center，CNR Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

It has many characteristics when air spring instead of bottom bolster becomes secondary suspension support of locomotive bogie，such as comfortable，high speed and so on.This paper introduces the function of auxiliary chamber and air spring，and analyzes the structure of auxiliary chamber between Bengal and CW-200K bogie.The introduction is given about the different welding process between two bogies，and indicates that the structure and welding process of auxiliary chamber need to be improved.

bogie；auxiliary chamber；air spring；welding process

TG457.2

B

1001－2303（2016）01－0081-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.19

2014－12－23；

2015－11－02

毕越宽（1984—），男，吉林四平人，硕士，主要从事转向架焊接工艺方面的工作。