zma120转向架构架焊接工艺和焊接流水线改进设计--本科毕业设计论文.docx
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1、西 南 交 通 大 学 本科毕业设计(论文)ZMA120转向架构架焊接工艺和焊接流水线改进设计年 级:2010级学 号:2姓 名:专 业:指导老师: 2014 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页院 系 机械工程系 专 业 年 级 2010级 姓 名 题 目 ZMA120转向架构架焊接工艺和焊接流水线改进设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页毕业设计(论文)任务书班 级 2010城轨车辆 学生姓名 学号 发题日期: 2013年 2月 24 日 完成日期: 2
2、014年 6月 1日题 目 ZMA120转向架构架焊接工艺和焊接流水线改进设计 1、本论文的目的、意义 ZMA120型转向架是株机公司在引进西门子技术制造的广州地铁3号线B型地铁转向架基础上,进行全面国产化研制的B型地铁车辆转向架。ZMA120型转向架构架焊接工艺流水线设计是对ZMA120型转向架焊接的操作工艺流程进行进一步的优化。本设计以ZMA120型转向架构架为例,完成焊接工序和各个工步。设计内容主要包括各构架结构分析、总体焊接工艺分析、构架焊接参数设计、侧梁组焊工艺、横梁安装座焊接、整个构架的合成组焊、焊后的热调修以及对现有焊接流水线的改进。通过本次设计,全面认识、了解ZMA120型转向
3、架结构组成和焊接工艺、焊接流水线的基本知识;完成机械产品的方案设计、结构设计、设计绘图等。 2、学生应完成的任务 通过对现有ZMA120型转向架构架焊接技术的分析,对ZMA120型转向架构架焊接进行再设计,以及对构架现有焊接流水线的改进方案设计。通过三维软件建模并对模型进行分析,以满足焊接工艺性能要求,最后绘制相关工装图,撰写毕业论文。 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页3、论文各部分内容及时间分配:(共 16 周)第一部分收集ZMA120型转向架焊接工艺相关资料,了解相关知识,撰写开题报告。 (2周) 第二部分继续收集各种资料,起草一个ZMA120转向架构架焊接设计方案、绘制三维图。 (
4、3周) 第三部分经计算、分析等最终确定一个最终的设计方案。 (3周)第四部分绘制所需的工装图纸。 (3周)第五部分撰写毕业论文。 (2周)评阅及答辩 整理材料和图纸,完善毕业论文,准备毕业答辩。 (3周) 备 注 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页摘 要随着国内越来越多的城市开始建设地铁,对地铁转向架的要求也是越来越高,更高速度、稳定性更好、运行舒适性更好、强度更高等。因此本文是针对目前国内运营速度最高的120km/h的ZMA型转向架的构架现有焊接工艺和焊接流水线的分析,对焊接工艺进行再设计,以获得更好的性能。本文主要分为三个部分,第一部分是
5、运用三维建模软件Pro/E,对构架进行一个以焊接为重点的三维模型,按照实际生产中焊缝的布置,以钣金件作为建模的基本件来完成整个建模,通过三维建模对转向架构架的结构分析、构架受力分析、转向架的总体焊接思路、构架焊接流程;第二部分则是细化每条焊缝焊接工艺,最终组焊成第一步中的三维所示的转向架构架,包括构架侧梁、横梁、以及构架合成的焊接工艺设计,包括焊接工步、焊接电流、电压、焊丝直径等,还设计到构架的机械手焊接以及焊接完成后的热调修工艺;第三部分是对目前国内现有的构建焊接生产流水线进行分析,提出目前的不足之处,再合理的对焊接流水线进行改进并绘制相关工装图。并以构架上的某一条焊缝做了自动化焊接的流程改
6、进。本论文最终的目的是设计一个合理的ZMA120型转向架构架的焊接工艺,通过合理的焊接顺序和焊接参数,保证构架焊接完成后能够得到理想的焊接性能。并改进现有的焊接生产流水线,已达到更高的生成效率和焊接质量。 关键词: ZMA120型转向架;构架;焊接工艺;焊接流水线; 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页AbstractWith the development of the cities in our country, The urban population more and more. It results in urban traffic is becoming more and mor
7、e serious, People demand more and more convenient urban traffic tools. Since Chinas first underground railway construction began in 1965,It is Beijing subway line one. The subway as a Large capacity city traffic transportation, People are also more and more high to the requirement of it. Especially
8、for the operation of the metro vehicle speed with new requirements. Most of the current domestic subway still stay in actual operating speed of 100 km/h. This article is in view of the operation speed of 120 km/h ZMA type bogie, We analyze its existing welding technology and Carry on the redesign to
9、 get better welding process.I Modeling in this paper, through comparison and analysis, etc., design the bogie of welding process improvements.In this paper, by using 3 d modeling software Pro/E, completed 3 d model of the bogie. Finally, this paper also analyzed the current domestic existing frame w
10、elding production lines,And put forward the current shortcomings. Improvement of the welding assembly line in a reasonable manner and Draw the relevant engineering drawing.key words: Type ZMA120 bogie ; Bogie ; Welding process ; The welding line 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页目 录第1章 绪论11.1设计背景11.2国内外地铁转向架构架焊接现状
11、11.2.1国内研究状况11.2.2国外研究状况21.3本文主要研究内容2第2章 ZMA120型转向架构架焊接总体设计42.1转向架结构组成42.1.1转向架总体42.1.2 构架组成52.2构架焊接原则62.2.1 转向架主要技术参数72.3 构架总体焊接流程设计82.3.1构架侧梁焊接流程82.3.2 构架横梁焊接流程92.3.3转向架构架合成焊接流程11第3章 ZMA120转向架构架侧梁焊接工艺设计133.1 侧梁总体焊接工艺设计133.2 侧梁组焊工艺设计143.3侧梁半自动焊工艺设计283.4侧梁机械手焊接工艺设计303.5侧梁小件焊接工艺设计323.6侧梁热调修工艺设计35第4章
12、ZMA120转向架构架横梁焊接工艺设计374.1构架横梁上安装座焊接374.2横梁热平衡处理工艺设计40第5章 构架合成焊接工艺设计415.1横梁管与连接座组焊415.2构架合成415.3构架工装设计425.3.1转向架构架工装设计原则425.3.2 ZMA120转向架构架焊接工装设计425.4构架焊缝检验435.4.1 构架焊缝检测方法435.4.2构架焊接质量影响因素44第6章 焊接流水线改进456.1现有技术背景456.2改进方案456.3方案详细介绍466.3.1焊接流程设计476.4 该方案的优点48结论50致谢51参考文献52附录53 西南交通大学本科毕业设计(论文) 31第1章
13、绪论1.1设计背景ZMA120转向架(如图1-1所示)的主要部分就是构架。构架的作用是将转向架的组成部分连接到一起,车辆运行时受到的各种力都会经过构架的传递,包括垂向力、横向力、纵向力。垂向力既通过车体传下来的重力,通过空气弹簧传递到构架侧梁上;横向力是指车辆运行时的离心力,通过车轮和轴箱传递到构架侧梁;纵向力是指在车辆运行时的牵引力或制动力,通过车轮和轴箱传递给构架侧梁。因此构架需要有足够的刚度来承受运行过程中的各种冲击,同时也要求构架整体具有一定的弹性和一定的耐疲劳度,以此来保证车辆长时间运行的可靠性和运行品质。图 1-1 ZMA120转向架地铁车辆在运行过程中,加速和减速频繁、启动和制动
14、频繁,在很短时间内加速到120km/h,又在很短时间内减速到零。所以地铁转向架构架受力相对长途旅客列车较复杂。因此对地铁车辆转向架构架生产过程进行再设计很有必要。1.2国内外地铁转向架构架焊接现状1.2.1国内研究状况生产地铁车辆转向架常用到的材料有Q235-A,Q235-B,16MnR,ZG230-450及STKM13B。国内B型地铁ZMA120型转向架构架的材料就是采用16MnR,属低合金高强度钢,它的强度较高、塑性韧性良好。富氩混合气体(其中1/5是CO2,4/5是Ar)保护焊是目前国内地铁车辆转向架构架生产的主要方法,这种富氩气体混合保护焊方法又分两种,一种是半自动焊,另一种是机械手焊
15、。在打底焊和修补焊接时采用手工电弧焊。侧梁组成焊接采用半自动焊和机械手焊,先由人工点焊固定和完成打底焊接,最后主要焊缝采用机械手焊接完成。由于侧梁焊缝多、焊缝质量要求高,所以主要焊缝都采用机械手自动焊接,保证了焊缝的完成焊接质量。在地铁车辆转向架制造过程中,通过合理的焊接参数和焊接工艺,能够有效的减小焊后变形。从而减小了焊后调修量,这样就缩短了构架的生产周期,同时也降低了生产成本。1.2.2国外研究状况国外转向架制造厂商主要有德国西门子、法国阿尔斯通、日本帝都高速交通营团等。国外对转向架构架焊接的位置精度高、尺寸要求严、检测严格,须通过疲劳载荷试验。国外焊接设备较内先进,在构架的制造过程中大部
16、分焊缝都采用自动焊接完成,构架的焊接质量较高。国外在转向架构架焊接中,主要也是采用CO2+Ar 气体保护焊焊接。焊接过程中采用自动化焊接设备及焊接变位器,能够保证构架组成各主要焊缝处于水平位置且刚性固定,以便于更好的施焊。焊接时采取对称、分段退焊、多层多道焊接方法,这样可以减少焊接应力和焊接变形,改变应力分布。对于厚板焊缝,由于坡口较大,执行多层多道焊,严禁摆宽道。因为这样会造成母材对焊缝形成大的拘束应力,还会降低焊缝强度,导致焊缝开裂或延迟裂纹。多层多道焊接能有效发挥前、后道焊缝的相互热处理作用;同时也能有效改善焊接过程中应力分布状态,保证焊接质量。1.3本文主要研究内容1在已有的资料上面,
17、对ZMA120转向架总体结构组成作一个学习,整理完成后分析ZMA120转向架构架在焊接过程中各个零部件焊接的一个大致过程。2重点对侧梁的焊接工艺进行分析,并以侧梁焊接为例做具体详细的步骤和焊接参数分析。3设计一个ZMA120转向架构架的焊接工艺流水线的改进方案,以构架某条焊缝为例做自动化焊接改进流程。4运用Pro/E进行ZMA120转向架构架三维建模。5简单分析横梁组焊工艺和构架整体合成工艺。6绘制所需的工装图纸。第2章 ZMA120型转向架构架焊接总体设计2.1转向架结构组成2.1.1转向架总体ZMA120转向架构架的设计速度为135km/h,最高实际运营速度为120km/h,国内大多数地铁
18、转向架的运行速度都比该转向架高,所以它的设计有它独特的地方。ZMA120型转向架主要由构架、轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、牵引装置和基础制动装置组成,转向架结构如图2-1。图2-1 ZMA120转向架总体1-构架;2-轮对轴箱装置;3-一系悬挂装置;4-二系悬挂装置;5-牵引装置;6-基础制动装置ZMA120型转向架主要特点如下:1 ZMA120转向架在国内地铁转向架中是运营速度最快的,并且能保障良好的运行性能,车辆最大运行速度时其竖向及横向平稳性指标(W)能满足W2.5。2其牵引电机在转向架构架上采用四点弹性架悬方式悬挂。3一系螺旋弹簧相对于车轴的中心线呈偏置设置,轮对采用转臂定位。4为了提高
19、了车辆的抗侧滚性能并减轻了转向架的重量,抗侧滚扭力杆布置在车体底架的下方。5转向架构架采用低合金高强度结构钢板组焊成H形,采用不需进行整体退火的焊接工艺。6牵引装置采用结构简单的拉杆牵引方式。2.1.2 构架组成构架是转向架的骨架,所以要求其具有足够的刚度和强度。构架全部采用焊接结构,有两根侧梁和两根横梁焊接成“H”型(三维模型图2-2)。侧梁是采用箱型结构,为中间下凹的鱼腹结构,侧梁内部设置间隔板,间隔板的位置根据受力情况而定。横梁采用无缝钢管,无缝钢管兼作空气弹簧的附加空气室。车辆运行在各种工况下时,转向架构架会承受车体和其上部所有设备重量的垂向载荷,还有机车在运行时因振动引起的垂向附加动
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