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首次揭秘中国高铁是怎么制造出来的!

返回列表 来源:未知发布时间:2016-11-23 关注:

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进入四方的制造区,发现本世纪工业企业的建筑是相同的味道,都是钢结构和彩钢板的组合,通常主体色是白色,有的在屋顶的地方露出一个蓝边。大工业之下的新式厂房们,外表平实,不追求特点,整齐统一。在飞一般行驶的高铁列车里,会想到高铁列车是怎么造出来的?

 

戴上安全帽,在车间门口拿着层层批示的参观证明,再一次做登记时,大脑皮层的想像却在那一刻顿然消失,因为答案就在那些紧闭着并有人严格看守的大门后面。

走进四方的一个一个制造车间后,答案以钢铁材质来展示出来。

放下那些高深的技术,直观地简单地说,高铁列车在制造中由四大部分组装而成:车体、转向架、车上下大部件、车内设施。

高铁列车的制造中,从时间上看,前两部分同步进行,后两部分同步进行。前两部分分别在车体分厂和转向架分厂进行,后两部分常常称为“总组装”,包括了检测和调试的内容,在四方这里在总装分厂内进行。

 

 

01

铝合金骨骼

 

车体和转向架因为都是以钢铁为原材料的生产,这两个地方的制造场面都很重工业,天车和电焊火花让初来者一时难以适应。

车体是个什么东西?车体就像是列车这房子的框架,是高铁列车之“骨”,是高铁列车整车制造的核心技术之一

在高铁列车的制造现场,车体的制造感最强。长达20多米的银色铝合金车体材料在各种工装上被不同角度地固定后,工人们穿着灰色的连体衣,带着防护面具进行焊接,那场面十足梦幻。

铝合金是一种银灰的色彩,被切割后切口处有刀刃的光泽。世界高铁列车集体性地选择了这样的材料作为车体材料。

一个胖子想要跑得快会比一个瘦子困难一些。人们降低高铁列车重量的愿望越来越高,设计师们不由自主地想到了铝。

铝的重量只有钢的三分之一左右,可惜的是,铝的强度却低。这也是早期的高铁列车采用耐候钢材料的主要原因。

铝合金的出现,让铝不再“文弱”,铝合金是即瘦又强壮的汉子,这一材料迅速被用在高铁列车上。

高铁列车的重量降低,在行业语言里称为“轻量化”。

轻量化后不但利于提高速度,也更为节能:因为重量轻可以少用电,因为重量轻也减少了对轨道的磨耗。

轻量化还有利于降低噪声,让高铁列车这种安静的火车更为安静,来去悄声。

目前中国动车组铝合金车体采用的是大截面中空挤压型材构成的筒形结构”。这个绕口的名称通俗点说,就是“马蜂窝”钢材,即中间是空的,但是两个面之间夹支撑的筋板,增加强度而重量减轻。

 

 

当初这些材料是进口的,现在四方和国内铝型材专业厂家联合设计,全部实现国产化。

四方的动车组单个车体重量为8吨左右,这个数据在世界同行业中领先。

两车交会时会产生巨大的空气压力波,这个压力波主要由车体来承受。这时,车体首先要保证安全,还要保证气密性。

气密性的好坏乘坐者会有直接的感受,飞机起落时内外压力差给乘坐者所带来的耳鸣和不适感,就与气密性直接相关。

高速下会车和出入隧道时,高铁列车面临的气密性问题很严重。为追求舒适,中国高铁目前的气密性指标设定为车内压力波动小于200/秒。这个数值小于飞机舱内的指标,所以坐高铁耳鸣的人少。

车体是列车的骨骼,是列车的主体,所有的部件都固定或悬挂在车体上。平常情况下,它承载旅客,出现安全事故时,它的强度则可以保护旅客。

在车体分厂门口,看到装载着不同铝合金型材的汽车在送货。

一节车体上,有70多种不同断面的铝合金型材,最薄的地方为1.5mm,最厚的地方为4mm

这种截面改变而等强度的设计,不仅实现了减重,而且将车体气密强度提高到时速380公里时的6000Pa

下料,组合,成形。在3D打印到来之前,人类的所有工业品的到来都或明或暗地遵守这一思维方式和规则,这是现代制造的基本流程。

车体生产的过程是这样的:先将购进的铝合金原材料按尺寸切割,之后加工焊接成不同部件,这些部件被组合,最终组焊成一个车体。

四方车体分厂的动车组流水线厂房,在这里,银色的车体在这里一个一个地有序“出生”。

在这里,每4小时完成1辆车体的生产。目前,四方有3条这样的生产线。

进门处你看不到生产线的布局,它们太为庞大了。而如果从高处俯瞰,会看到它是U型布局,自动化焊接机器人是生产线上的主力设备。车体中地板的组焊,由焊接机器人完成,机器人们平均每分钟焊接700米的总长度。

焊接机器人,看不到人的造型,只看到一台设备上多个焊枪在同时工作,而工人在观察和巡视。

在这里,车体加工的长焊缝全部由机器人完成,小的部位由人手工焊接。

焊接机器人的焊花,不是人操作时的断续状,而是持续地保持着强烈的、均匀的焊花,自动平稳向前移动。

焊接质量标准执行欧洲最严格的EN15085 CL1级焊标准,焊接机器人的焊接质量由激光同步跟踪。

铝合金焊接不仅比其他焊接难度高,对焊接环境有恒温恒湿的高要求,也是对操作者身体有伤害的工种。这里的厂房,顶部有数量惊人的空气净化设施。

每跨厂房之间有一个一米宽的通道,在这里,密集出现大量空气净化系统的送风口。形状不同、数量巨大、功用不同的这些出入风口,改善着制造现场的空气状态,对人对产品皆为有益。在老的火车制造现场,这种设施不多甚至是不存在的。

车体按结构形式分中间车和带驾驶室的头车两种。

中间车为基础车型,被分为底架、侧墙、车顶、外端墙、内端墙等几大部件分别焊接,这几部分基本同步开始制作,最后组焊成形。

底架就是列车地板处的那一部分钢结构。底架先进行正面焊接,之后是打磨,然后是底架反面焊接打磨。

端墙是车体的两端,块头最小,但是焊接量不小。车顶要先正面焊接,再反面焊接,主要是焊接机器人来担当。侧墙是安装窗户的部位,面积不小,预留安装窗户的地方比较难操作。

将上面这些组合焊接在一起,一个车体就出现了。它是铝合金材质,体型巨大,那色彩和体型,有后现代的感觉。

 

 

最难的车体制造应该是头车的车体,就是有驾驶室的车体。它主要是手工组焊,工艺更为复杂,尺寸要求更为苛刻……

在这里,双工位数控加工中心长60米,很容易吸引到你的注意力。这个用于车体侧墙和地板整体加工的装备,加工定位精度达到微米级,以保证车体的整体加工精度。

而车体总组成焊接机器人,用于车体总组成时长直焊缝的焊接,同时兼具打磨、铣削、压紧等辅助功能。 

类似的许多非标设备都是四方自己研制开发的。

对于现代制造企业的实力考核,面积、产量、技术等级是考核之一,另有一个独特的测评指数:自制大型工装设备有多少?技术和工艺水准是什么?

私家秘制工装,已是企业之间比拼的秘密武器。制造现场拒绝拍摄,保护此类工装的技术隐私是重要的一方面。

车体焊接完成,甚至是在焊接的过程中,都在不断地进行调直打平,可以理解为对这个钢铁大家伙的精细修整,用的是打磨的方法。打磨几乎和焊接一样重要,目的在于消除应力,保证车身的平整度。

在车体车间,最大的噪音来自于打磨工具启动后,砂轮和铝合金对撞时产生的声音。而且此时也有火花,这个火花比焊花常常喷射得更远。

整个车体分厂在视觉和听觉上,用过去的词语来描述,是“火热”的场面。铝合金的长大部件在空中吊运,长达几十米的装备、焊花、噪音、穿着如太空服一样的防护服的工人们……

这是一个阔大着又生硬着的空间,看上去并不整齐化一,却隐含着如齿轮咬合一样明确的次序与流程。

人在其中,因无法听清别人的话语而自然减少交谈,所以在绝大数时候,是你一个人在独自感受。大工业的强硬、操作者的辛劳、主人的优势和气场……林林总总,慢慢过来深重地包裹你。

当车体制作完成后,涂装工艺开始。

车体前后要多次上腻子,底漆和面漆的喷涂也是多次,最后全身白色的车体出现。

 

 

那个银色的车体看不到了,变成了我们在站台上看到的那些白色的列车车身。

这时候,车体还是没有轮子,它被用气垫船送进总组装车间。

 

 

02

车轮的力量

 

另一侧的厂房是转向架分厂,转向架的制造在同步进行。

转向架是列车的“脚”,对于以运送为天职的列车来说,它的重要性不言而喻。

这是一个外形很像小车的部件,主体是4个车轮2根轴1个钢铁框架,高铁列车的电机等重要部件也会安装在转向架上。

转向架分厂的工业气势一点不比车体分厂弱,虽然转向架的体形要比车体小了太多,但它的确是太关键了。

高铁列车的车轴是空心的,那么高速之下,这个快速旋转并承载列车的部件竟然是空心的,的确是让人吃惊。

四方的空心车轴自动化生产线,仅有2名操作工人。

这一生产采用中央控制模式,自动上料、加工、检测、下线,中心孔偏移量误差小于等于0.1毫米。加工线整线封闭,加工的过程中看不到钢屑飞溅的现象。

车轴加工完成后,与车轮组装成轮对。

转向架的构架,好比是整个转向架的“骨架”,其重要性如同人体的躯干一样,制动系统和牵引系统均安装在构架上。

从高处向下拍摄四方的转向架构架自动焊接生产线,会为其的密集而有序惊 叹,它规则与细致,又让你怀疑是否身处在一个焊接生产厂房中。

 

 

全长120米的生产线,5台焊接机器人、2条自动运输线,重量不轻的构架在流水线上如同一个小玩具一样被传送、焊接、翻转、输出。

每天,这里出品5~6辆车的构架,75%以上的焊缝都是由焊接机器人自动焊接完成,焊缝的一次探伤合格率可以达到98%以上。 

构架焊接完成后,有复杂的涂装过程,即油漆。

沿着设定的轨道,一个个构架像一件件工艺品陈列在吊架上,从入口进去,穿过U”形通道,在完成一个个自动进行的复杂工序后,出来时已做好了防锈和表面涂装,构架很光鲜漂亮了。

之后开始转向架的组装,即制动装置、电机和各种管线的安装。

组装中,在专用工艺装备的帮助下,构架分正反两面安装。这边安装完毕,被快速准确地翻转180度。因为使用全套的定制工具,部件的安装有序、精准。最后,被安装了多种部件的构架,被吊起落在轮对上,转向架装配完成。

光线下的动车组转向架,这个工业品很美。

组装完成的转向架,要进入综合试验平台, 在那里自动接受各项检测,数据合格后等待装车。

 

 

03

总组装

 

最后要进去的,是总装分厂。

这里比刚刚去过的厂房更大,空间巨大却十分安静,“高大上”的气息在这里强烈呈现。

 

 

这里厂房连着厂房,一列列白色的动车组车体在这里排列,黄色的安装台位包围着它们。在这里,车体、转向架及高铁列车车上车下大部件、车内设施,即对每列车的4余万个零部件进行集成及调试。这里,是高铁列车制造的核心之地。

相对于转向架、车体的自动加工、自动焊接,总装的大部分工作需要人工或半人工方式完成。工人的操作技能对于保证总装质量至关重要。在四方总组装分厂的员工,一年中要多次接受培训。

在总组装分厂,工作者的面孔都很年轻,30岁左右的占绝大多数。他们多是在2004年后进入这里,十年中,与高铁一起成长。

组装现场有成排的黄色工作台位,它们是总组装分厂里色彩最为醒目、数量最多的设施。每个台位的端部都有一个显示生产状态的LED显示屏,显示屏是绿色,表示生产正常,显示红色表示异常。

动车组电线下料区是很容易让人印象深刻的地方,因为这里是“抽象画”工作区。

 

 

 

动车组每列车约1万多根电线电缆,必须准确无误地可靠连接。电线下料区,以白色背板模拟现实车辆,按11下线,然后对电线电缆成束捆扎。

日常生活里一个耳机线也能乱成一团的情形常常出现,1万多根电线电缆在这里整齐有序,配线的错误率仅为万分之0.25被管理成一束一束的电缆,之后被安装在车上。

在总组装分厂,白色的车体被架在台位上,自然地分为车上、车下和车顶三个工作区,一节车上有多个部门的人员在同时工作。

车上安装是防寒材料、地板、风道、车窗、座椅、装饰件等安装,车下大部件主要是变压器、变流器等,车顶主要安装受电弓和主电力线,高铁列车在这里被彻底武装起来。

 

安装中的车门,显露着这一部位的复杂构。车门是动车组一个安全控制点,要保证数十万次准确操作。

之后,工人们请出已做好的转向架,将车体吊装上去,称为落车。

落车的过程,总是有一份惊艳。这时总是场面很大,因为车体本身不小;这时候总是有一种愉快,因为即将进入完工。

 

 

落车完成的车辆,进行单车的称重、淋雨、保压、耐压和气密等一系列试验。

气密实验很严格,这也就是为什么乘坐四方的车,在车辆会车和过隧道的时候,耳朵不会感觉到不舒服。

任何车辆的制动(俗称“刹车”)都是至关重要的, 跑得很快的高铁列车的制动就更为重要。

管路的密封性决定着空气制动的有效性,国家标准和欧洲标准都允许管路有一定的泄漏量,四方空气制动气密试验的企业内控标准为管路保压15分钟泄漏零,保证空气制动的有效性。

试验合格后,车辆编组进行静态试验,这个过程极为安静,操作者多是依靠笔记本电脑来工作,全车调试。

最后,高铁列车在四方独有的环形试验线上进行动态试验,相当于试跑。

试验完毕,高铁列车已完全具备上线条件,全新的动车组等待调度命令,出了厂区的专用线进入运营线路,开始自己的人生旅程。

走出总组装的车间大门,会发现这样的行走,记录加上拍摄,会让你一直处于高度紧张之中。

少见的多种场面,噪杂的工业制造现场,大量专业术语密集出现,设备、人员、车辆、标识在不同的生产厂房里快速地转换,频繁地通过视觉和听觉传达过来,行走中,多数时候处于一种被动的接受中,常常来不及总结、分辨和回想,更谈不上思考。

厂房门外,春天的花草在暖阳下沉静,你回头看身后,刚刚你离开的车间也是安静的。

 

 

受电弓升起来时,有那么一种轻缓和沉稳。出发的时刻到来。

可是,工业品的安静永远与植物们的安静不同,它时刻带着爆发和不可抵挡的气息。喜欢这气息!