新型普通客车车顶焊接变形问题研究

佟占杰

摘要：本文主要针对新型普通客车车顶焊后变形问题进行研究，首先对比25T型客车车顶，从车顶结构、受力状态进行分析，最终确定车顶产生焊后变形根本原因，根据车顶焊后变形原因，提出车顶优化方案，并通过仿真分析验证方案的合理性，解决了时速普通客车车顶焊后变形问题。

关键词：新型客车  车顶结构 焊接变形

1.概述

新型普通客车采用“动-拖-控”编组模式，可灵活编组，重联编组[1]，车体采用新结构、模块化、轻量化设计，打破传统25T型客车车体传统设计结构，对车体面耐腐蚀性及外观质量提出更高的要求，车体是由各大部件组焊而成，焊接件在焊后极易出现变形问题，为了提升产品外观质量，控制焊接变形是车体设计技术研究的关键。

2 车顶结构分析

2.1 25T型客车车顶结构说明

25T型客车车顶部位由机组平顶、中顶、端顶、车顶边梁、车顶附件等结构组成。车顶宽度3100mm，高度821mm，车顶外轮廓弧度为中顶R2300mm，侧顶R460mm。车体组成阶段，车体枕内挠度公差为（+6mm，+12mm）。

中顶结构由车顶弯梁、纵向梁、车顶边梁和车顶板组成，纵向梁共7道，弯梁布置原则未按与侧墙立柱交圈设计，车顶板为纵向通长顶板。

2.2 新型普通客车车顶结构说明

车体车顶部位由平顶、圆顶、中部端顶、车顶配件布置、活顶盖安装等结构组成。车顶宽度3105mm，高度729mm（带侧墙上边梁的车顶宽度为3124mm，高度为821mm），车顶外轮廓弧度为中顶R8000mm，侧顶R800mm。圆顶组成部分由弯梁、纵向梁、顶板和车顶边梁组成。

通过对比分析车顶结构和材料可知，2种车型均为板梁结构，其中25T型客车车顶与新型普通客车车体车顶外轮廓差异较大，相应弯梁和顶板轮廓也发生变化。

3 车顶结构受力对比分析

3.1 25T型客车车顶在各工况下强度、刚度计算

基于TB/T1335-1996标准，对25T型客车车体进行静强度、刚度计算。

                

（a）车顶整体位移云图  （b）车顶整体应力云图

3.2 新型普通客车车顶在各工况下强度、刚度计算

基于TB/T1335-1996标准，对新型普通客车车体进行静强度、刚度计算。

 

（a）车顶整体位移云图  （b）车顶整体应力云图

通过以上强度、刚度的计算结果对比分析可知2种车型车顶结构满足强度要求，车体整体垂向弯曲刚度及扭转刚度均满足要求，因此提高车顶外观质量减少车顶凹陷和凸包须从局部支撑刚度、残余应力等方面入手解决。

4 原因分析

综上所述，导致侧顶板外观质量问题的原因有以下几个方面。

1）弯梁和纵梁组成的区域刚度不足，刚度不足可能有以下几种情况：弯梁与纵梁和顶板焊接不密贴；车顶横、纵梁形成的框架结构面积较大导致车顶刚度不足，顶板自由度大，不能抵抗应力释放产生的变形。

2）运营过程中内应力的释放。在车辆投入运营后，车体受到拉、压、振动等载荷综合作用的影响，导致侧顶板内应力释放，使顶板发生变形。

5 优化方案及验证

优化方案主要为侧顶板厚度由2mm增加到2.5mm，增加车顶板刚度，可明显改善车顶平面度外观质量，同时车顶仍保持11道纵向梁，主体结构接口无明显变化，对其它系统影响较小。

图5-1 侧顶板增厚方案图

此方案优点是在一定程度上对侧顶外观质量会有较大提升，保持原方案的11道梁后，实现了双重改善的叠加。

对以上优化方案进行了仿真分析，由计算结果对比分析可知，新的方案位移和应力均有所改善。

基于TB/T1335-1996标准，对新型普通客车车顶优化后进行静强度、刚度计算，车顶位移和应力结果如下图所示。

（a）车顶整体位移云图  （b）车顶整体应力云图

通过以上强度、刚度的计算结果对比分析可知，优化后的车顶结构满足强度要求。

6 结论

通过对25T型客车和新型普通客车车体的车顶结构、车顶强度、车顶刚度、等进行对比分析总结，最终给出了车顶外观质量提升方案，同时对方案进行了分析论证，对新型普通客车车顶外观质量提升具有重要的指导意义，同时本文也对其他板梁结构的碳钢及不锈钢车体结构具有非常实际和重要的参考意义。

参考文献

[1] 张晓梅,张雷，鲁工圆.普速铁路开行时速160km动车组旅客市场分析[J].中国铁路,2018（09）:29-33.

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