铝合金地铁车辆底架挠度检测研究

铝合金地铁车辆底架挠度检测研究

魏文静，周磊

中车南京浦镇车辆有限公司 210031

摘要：轨道车辆铝合金地铁主体结构底架是由长大中空铝型材边梁、地板，牵枕缓拼焊而成；由于铝合金车体轻量化设计，以某A、B型地铁车辆结构为例，地板5块型材为厚4mm对接，长（19000~24000）mm的正反8道焊缝拼焊；地板与底架边梁为厚4mm搭接，长（19000~24000）mm的正反4道焊缝拼焊；牵枕缓与地板、边梁大熔深（目前最大为S21）多层多道焊接。由于铝型材材料线膨胀系数较大，加上型材结构局部厚度存在一定的差异性，会导致焊接后地板出现如局部鼓包，底架横截面上挠下挠等现象。本文阐述了针对底架焊接过程中的变形，采取的一种便捷的、准确的、快速的反馈地板、底架在焊接过程中的挠度情况，有效避免因测量工具不及时更换、人为测量读值偏差或得不到有效存储等问题的方法。

ResearchonDeflectionDetectionofAluminumAlloyUnderframeforMetroVehicles

                              Wei Wenjing, Zhou Lei

Abstract: The underframe of the main structure of aluminum alloy subway for rail vehicles is formed by slow tailor-welded long and hollow aluminum side beam and floor bolster; Due to the lightweight design of aluminum alloy car body, taking an AB metro car structure as an example, five floor profiles are tailor-welded with positive and negative 8 welds with a thickness of 4mm and a butt length of (19000 ~ 24000) mm; The floor and underframe side beam are tailor-welded with 4mm thick overlapping length (19000 ~ 24000) mm positive and negative four welds; Multi-layer and multi-pass welding of traction sleeper and floor side beam with large penetration (the maximum is S21 at present) Because of the large linear coefficient of aluminum profile material and the difference of local thickness of profile structure, the floor after welding will appear some phenomena such as local bulging, underframe deflection and so on This paper describes a convenient, accurate and rapid feedback method for the deformation of underframe in welding process. The deflection of underframe in welding process can effectively avoid the deviation of artificial measurement reading value due to the untimely replacement of measuring tools or the lack of effective storage .

关键字：挠度；测量方法；激光；

Key words: deflection; Measurement; Laser; 

一、底架结构及传统测量方法

1、地板自动焊

为了更好的保证某地铁车辆底架焊后横截面挠度尺寸，在地板5块型材拼焊时，根据不同型材厂家的材料特性，调整工装状态平胎-下挠-上挠（此顺序不唯一）分别进行地板反面定位，地板正面满焊，地板反面满焊；前期为了解决地板挠度异常问题，须针对地板每个状态进行挠度测量。

2、底架结构组焊

底架沿车长方向并无挠度要求，在底架边梁与牵枕缓等部件大熔深组焊后进行地板铺设；由于地板自动焊焊后，存在（-1~2）mm的挠度，经过与底架铺设后最终保证底架横截面挠度焊后满足（-5，+5）mm。为了保证底架挠度，除地板自动焊各工序测量横截面挠度外，在底架地板铺设正装焊前焊后、地板铺设反装焊前焊后均须测量挠度值，既而可精准分析底架变形情况，采取有效工艺手段控制变形来保证挠度尺寸。

3、传统的测量方法

沿底架宽度方向，在地板或边梁两侧通过60mm等高块将一根3m平尺架起，使用150mm钢直尺进行测量，测量值与等高块高度进行人工比对得出挠度值。

传统测量方法存在的不足：

1）测量工具依靠钢直尺、平尺、等高块、人眼会存在：现场作业会导致平尺、等高块等不同程度的磕碰；钢直尺放置于地板进行测量时会存在一定的倾斜；人眼读值时会存在一定的仰视或者俯视；上述现象均会导致测量尺寸存在偏差，既而不能准确评估底架挠度状态，影响工艺分析。

2）为了真实反馈地板或底架状态，须在地板5块型材沿横截面方向选取至少5个点，边梁各1个点，沿底架长度方向至少9处进行测量，总计测量点至少约63处；而地板宽度方向正反面每隔（200~500）mm存在15mm高C型槽，操作者为了更接近平视读值，须跪爬在地板面上，横向跨越8处C型槽进行测量，不断的蹲起及长时间的跪爬，极易影响操作者的身体健康，既而导致测量值的不准确性。

3）效率低下，须（2~3）人配合检测。

4）测量后由于不及时收集数据，极易存在数据丢失。

二、研究底架挠度检测新方法

为了解决上述传统测量方法存在的弊端，同时响应人体工程学理念，经长期经验积累，总结出一套适合现轨道车辆铝合金地铁底架结构挠度测量方法：

为了考虑整体携带轻便性，将此方法显示端与测量端分开，测量开关显示端和测量端均可控制。测量端：使用一款最优断面型材平尺为主体，将多头激光传感器与其集成，通过滑轨可以使激光传感器相对型材移动，保证最佳测点；同时内置网关实现多头数据采集并通过二进制公式转化，通过无线传输模块将转化后的数据无线传输至显示端。显示端为工业平板，可读写及存储数据。

数据转化：二进制公式：L=(a31*231+a30*230+a29*228+...+ a2*22+a1*21+a0*20)/1000

L：距离（单位：毫米）。

a31a30a29...a2a1a0：表示二进制各位的数据（共32位）。

例：激光传感器发送的数据为：

0000 0000  0000 0001  0010 1000  0111 1000

共32位数据，每位数据都要单独进行计算，如最右边4位的计算方法：

右1为0，计算：0*20=0

右2为0，计算：0*21=0

右3为0，计算：0*22=0

右4为1，计算：1*23=8

…

继续依次算下去，结果集应该是

16 32 64 0

0 0 0 2048

0 8192 0 0

65536 0 0 0

0 0 0 0

将所有结果相加得：8+16+32+64+2048+8192+65536=75896微米

结果L=75896/1000=75.896毫米，即最终测量数据为75.896毫米。

根据两端头基准高度L1与最终测量数据L进行对比:L1-L即为底架挠度值（根据操作人员习惯显示部分可直接显示挠度值也可显示L值）。

综上所述：

1）此方法可实现A、B型铝合金地铁底架挠度测量，可随意切换至被测底架宽度满足不同车型。

2）采用多点位高精度激光传感器一键式测量，大大提升测量速度；以某地铁车辆底架挠度测量原来传统方法需要测量至少63次，现测量最多8次。同时，激光传感器位置可根据不同项目测量位置可调。

3）测量精度可以满足≤0.2mm，避免人为因素、传统测量工具精度差等问题，定期对此测量精度进行归零校准，可以通过检测平台或者定制的水平尺进行。

4）测量数据可以无线传输至显示屏上，无须人员跪爬在地板上进行读值，同时可以避免人为读值偏差的的问题。

5）测量系统重量轻，方便携带；测量数据可以读写，具有一定存储功能，为工艺数据积累提供便利。

三、结束语:

铝合金地铁车辆底架挠度检测研究意义较大，为车体制造尺寸测量，部件焊接变形数据分析提供便利，同时提升作业效率，通用性较强，可广泛推广至其他领域。

参考文献：

[1]田玉吉,王俊利.轨道车辆铝合金侧墙挠度的检测方法[J].机车车辆工艺,2022(06):37-38.

[2]陈涛,谢雨芳,陈怡硕等.基于激光位移传感器的可视化表面粗糙度测量系统[J].中国仪器仪表,2024(07).