基于回归分析法的机车焊接作业时间计算研究.pdf

24机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月艺冷热文章编号：1 0 0 7-6 0 34（2 0 2 3）0 4-0 0 2 4-0 3D0I:10.14032/j.issn.1007-6034.2023.04.006基于回归分析法的机车焊接作业时间计算研究魏强，刘平郭（中车资阳机车有限公司，四川资阳6 4 1 30 0）摘要：针对铁路机车焊接工艺工时计算中存在的耗时长、技术门槛高、计算误差大的问题，文章以回归分析计算法为基础，结合铁路生产企业常用的焊接工艺规程，提出了一种等效速度计算方法，将焊接工艺参数与原工时计算公式融合转化，简化计算过程，同时选取实际生产样本进行理论计算与实测对比，验证了该方法的准确性和可行性。关键词：机车；焊接；工时；等效速度中图分类号：U260.6*1文献标识码：B作为焊接生产的重要基础数据之一，焊接工艺工时对于企业在焊接技术优化、生产计划制定、工艺规划和定员编制等方面具有重要作用1-2 。铁路机车生产中，焊接工艺工时通常采用文献3推荐的回归分析法计算，使用该方法计算时，需要统计整台机车所有焊缝接头的焊接电流、层次、长度、板厚、位置等参数。然而，机车整车接头种类繁多，相关参数的清理也非常繁琐，工时计算工作量大。同时，该方法推荐的计算公式较多，工时定额人员必须具备丰富的焊接操作经验，否则容易错选公式使计算结果出现较大偏差。以某型号机车焊接件为例，整车焊缝多达32 7 0 0 余条，共计1 4 9 7 种，参数统计和工时计算须由数十名焊接工程师与工时定额人员协同，逐条完成各焊缝的作业时间计算，整车焊接工时计算历时3个月以上。针对这些问题，本文以回归分析法为基础，结合焊接工艺规程（以下简称WPS），提出了一种新的焊接基本作业时间计算方法，即等效速度计算法。WPS是用于指导焊接生产且经过评定合格的焊接工艺文件。除焊缝长度外，WPS对每种接头焊接时涉及的电流、层次、板厚、位置等参数均有明确规定。如果假定每条焊缝的长度值与焊接基本作业时间的比值为等效速度，那么对于任意一份WPS均可利用回归分析法计算出对应的等效速度值，继而在统计出整车焊缝长度和数量后计算焊接基本作业时间。1等效速度计算公式推导文献3 推荐的CO，气体保护焊时间定额的8收稿日期：2 0 2 2-0 2-2 6作者简介：魏强（1 9 8 6 一），男，高级工程师，本科。个计算公式，可以统一写为式（1）：T,=(a+c)LK,+0.238NL+0.12K,-K4K,(1)式中：a、b、c 为相对应焊缝接头的系数；8 为钢板厚度；L为焊缝长度；K，为电流强度系数；K，为施焊位置系数；K4为分劈系数，K，为自动焊接系数；N为焊缝层次。那么，任意组焊件的焊接基本作业时间，可由各条焊缝作业时间分别按式（1）计算后求和，即：Tia=T,+T,+.+T,=(a,oh+c)L,Kn+0.238N,L,+0.12KgK4nKs1+.+(a.h+c.)L.Ki.+0.238N,L,+0.12JKg,K4nKsm(2)查阅标准可知K，,K 4，K，各系数取值范围分另1 K,1.3,0.43 K4 1,0.92 K,1因此，各焊缝的常量部分（0.1 2 KgmK4nKsm）取值范围计算如下：0.0470.12Kg,K4,Ks,0.156即单条焊缝常量时间在3 9 s，该值相对于整条焊缝焊接时间很小，为简化计算，统一取为平均值6s。则式（2）可转换为式（3）：Tj总=T,+T,+.+T,=(a +c)L,KnK,K*Ks+0.238N,L,KgK4lKs+.+(a-oh+c.)L.Ki.K.KnKs,+0.238N,L.K3nK4.Ksn+0.1n(3)经上述转换后，任意焊缝的焊接基本作业时间的变量部分计算公式可由式（4）代替：Tn=(a,oh+c.)L,Ki.Kg,K4nKs,+0.238N.L,K3K4nKsm(4)设任意焊缝的焊接等效速度为V=则可jn由式(4)计算：25魏强，刘平郭基于回归分析法的机车焊接作业时间计算研究LJn+c.)L.K.K3.K4.Ks.+0.238N.L.K3.K4.Ks1(5)K,.K.K.Ks.+0.238N.K.K.Ks焊接生产中，运用式（5）预先计算出所有常用WPS对应的等效速度值，并形成等效速度参数库，当有新产品投产时，根据图纸统计出的焊缝长度和数量，则任意组焊件的焊接基本作业时间可按式(6)计算：Tja=T,+T,+.+T.L+0.1n(6)V22等效速度计算计算焊接工艺工时前，首先运用式（5）分别计算WPS的等效速度。其中，式（5）的电流强度系数K,在文献3 中仅对少数典型值作出规定，但实际焊接生产中，焊接电流呈连续变化状态。为提高计算效率，本文根据这些典型值模拟出焊接电流强度系数5阶曲线，如图1 所示。根据该曲线，可计算任意焊接电流强度值对应的电流强度系数K。2.51(120.2.08)2(65.1.85)(190.1.32)1.5(225.1.11)(280,0.89)（30 0.0.8 3）(350.0.71)0.5(250.1.00)065115165215265315焊接电流/A图1焊接电流强度系数曲线本次研究选取已实现批量生产的某型号机车车体、构架等为计算验证对象，开展了焊缝、组焊件2个级别样本的理论计算和现场实测。以该机车构架横梁为例，涉及焊缝8 6 条，分别对应8 份WPS。查阅WPS中规定的各项焊接参数，运用式（5）和焊接电流强度系数曲线计算等效速度，构架横梁各WPS及对应焊缝统计计算结果如表1 所示表1横梁部件各WPS等效速度等效速度/焊缝总长WPS编号接头形式(mmmin-l)度/mmWPS00114HY/a386.403920WPS0027HY/a3185.462320WPS0037HY/a5122.822360WPS00416HY/a367.42552WPS00510HY/a5100.3772WPS006a4342.471460WPS007a3461.776.608WPS0085HY/a3324.144043焊接基本作业时间计算焊接生产前，通常需要完成整车焊缝接头统计，梳理各组焊件图纸中的全部焊缝，明确相对应的WPS和焊接参数。计算选定型号机车的焊接基本作业时间时，首先从接头统计文件中清理所有焊缝的WPS、长度和条数，再从预先计算的WPS等效速度参数库中匹配相应的等效速度值，最后根据式（6)计算各条焊缝的基本作业时间，从而得出整车焊接基本作业时间，计算过程通常借助数据处理软件以提高测算效率。以机车构架横梁为例，分别从WPS等效速度参数库和接头统计文件中获取等效速度值和焊缝总长度等参数，如表1 所示。根据式（6）计算各条焊缝的基本作业时间，则该构架横梁部件总的焊接基本作业时间为：Tja=T,i+T,+T,Ln+0.1nV239202.3202.360十86.40十185.46 122.82404+0.1 86324.14=105.82+0.186=114.42 min(6)同样地，采用等效速度计算法对生产现场和工作试件中选取的常用焊缝样本进行计算，表2 列出部分常用焊缝共计2 6 组样本的计算结果表2部分常用焊缝样本统计计算结果试件样本现场随机样本平均平均计算计算样本接头实测样本接头实测时间时间编号形式时间编号形式时间minminminmin001A14V10.589.85001B14V10.41 11.40002A8V3.903.90002B8V2.752.66003.A6V3.263.15003B6V4.084.15004A412.312.17004B414.765.20005A3I2.442.32005B311.251.30006A10HY5.735.42006B10HY6.686.56007A6HY4.093.82007B6HY3.783.98008A4HY/a32.212.2008B4HY/a310.6910.52009A10HY/a59.079.72009B10HY/a510.5210.18010A16HY/a57.376.94010B16HY/a512.4612.86011Aa33.743.55011Ba33.153.43012Aa76.566.73012Ba78.508.62013Aa53.113.35013Ba57.097.2226下转第30 页）机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月冷热4计算时间与实测时间对比实测时间采用文献【4 推荐的连续测时法，过程中使用秒表观测时间并适时填写记录表，同时使用录像机全程录像，测时完成后做回放和动作分析等。本次研究选取的样本覆盖了整车车架、侧墙、顶棚、间壁、司机室、构架等主要部件和常用焊缝，所有样本的焊接操作均由经项目组评定的中等熟练程度的焊工完成。观测次数根据文献4 推荐的小批量生产类型、作业要素延续时间大于0.3min确定，即组焊件样本观测次数确定为5 6 次，焊缝样本观测次数确定为8 1 0 次。测时对象和现场情况如图2所示。图2测时现场情况经现场实测，机车构架横梁部件各作业要素的平均累积延续时间和作业人数如表3所示。焊接工艺工时的主要组成部分是焊接作业时间（T，），它由基本作业时间（T）和辅助作业时间（T）组成，等效速度法主要用于基本作业时间的理论计算。根据表3的实测结果，焊接基本作业时间为1 2 2.9 0 min，利用等效速度法的计算结果为1 1 4.4 2 min，可以得出计算误差为-6.9%。表3横梁部件各作业内容测时结果作业内容累积延续时间/min作业人数组装（含点焊）31.302画线38.671预热51.621焊接122.901层间清理8.851更换气体10.981焊后精整2.831工件翻转13.851工件搬运33.131焊缝样本的实测验证可以更为直接高效地验证等效速度计算法。样本主要针对7 2 种常用焊缝，为提高数据可靠性和准确度，同类接头分别选取试件样本和现场随机样本作为对照。试件样本为单独下料的焊缝接头，焊接设备、物料状态、操作环境都更接近理想状态；现场随机样本则为生产现场随机挑选的焊缝接头，各工艺要素更接近实际状态。部分焊缝样本的实测结果如表2 所示，两类样本部分焊缝的误差统计情况如图3、图4 所示12试件样本误差：010-误差：+1 0%误差：-1 0%8-6-4-2-011012345678910平均实测时间/min图3试件样本误差统计147现场随机样本12-误差：0误差：-1 0%误差：+1 0%1080642-02104681012141平均实测时间/min图4现场随机样本误差统计5结论根据计算时间与实测时间的结果对比，等效速度法计算焊接基本作业时间具有较高的准确度，证明该方法可行。目前没有明确的标准要求用于焊接基本作业时间计算误差值合格与否的判定，企业通常结合实际情况确定合格的误差范围，本次研究设定的合格误差范围参考值为1 0%，计算结果符合要求。运用本方法时，还可通过深入研究相关焊接参数特性，扩大实测样本数量，以及结合长期的运用经验对等效速度值进行修正和调整，从而进一步提高计算准确度。与原回归分析计算法相比，等效速度计算法大幅提高了焊接作业时间计算效率，降低了计算的技30上接第2 6 页）上接第1 6 页）机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月冷热工艺图8焊接产线应用梁、枕梁、缓冲梁的组装，尤其是枕梁实现了一次组装完成，节省了生产时间。工装实现了柔性化，不同车型生产能够快速切换，保证了生产进度和节拍化生产。焊接工装采取反变形抑制方法，结合机器人焊接应用，焊后变形得到有效控制，整体调修率大幅试验结果表明设计的停放制动管路能够实现防止停放制动力和空气制动力叠加的功能，且与AMESim软件仿真结论相符。同时验证了所选的带停放制动的夹钳单元能够满足制动力输出要求。5结束语本文针对既有某型高速综合检测车提出了停放制动功能设计方案，根据方案中停放制动夹钳单元配置进行了停放制动能力校核计算，计算结果表明，可以满足动车组定员载荷条件下，在2 0%的坡道上停放不溜逸，且具有不小于1.2 倍的安全余量要求。通过对制动控制装置结构的设计，增加相应的硬件设备，对电气原理和软件控制逻辑进行了相应的优术难度。等效速度参数库建成后，新型号机车投产时，先由2 3名焊接工程师统计焊缝的长度和数量，再将各焊缝与WPS进行匹配；在此基础上，定额工程师只需利用数据处理软件一键完成焊接基本作业时间计算，整个统计计算过程用时不超过1 个月，且不必过多关注焊接工艺和参数。等效速度计算法主要用于焊接基本作业时间的理论计算，为了提高焊接工艺工时计算效率，可进一步研究焊接辅助作降低，焊接探伤合格率大大提高，减少了修磨时间产线投产后生产效率大大提升，为钢结构其他部件自动焊接生产提供了成功的案例示范，具有较大的现实意义。参考文献：1 中国中车研制的CR200J动力集中型动车组J.电力机车与城轨车辆,2 0 1 9,4 2（3）：1 0 0.【2】冯勇.CR200J型动力集中动车组动车调度管理工作探讨J.铁道车辆，2 0 2 0,58（1 2）：4 3-4 5,6.3杨守君，王景琪，王贤哲，等.1 6 0 km/h动力集中动车组动力车总体设计J.机车电传动，2 0 2 0（3）：35-4 1.【4 沈旭奎，张道刘，陈永盛，等.2 5型铁路客车底架牵引梁结构的优化改进分析J.机械研究与应用，2 0 1 6,2 9（2）：1 8-1 9,2 2.【5】齐振国，侯秀娟.铁路客车牵枕缓组成的制造工艺与焊接变形控制J.焊接技术，2 0 1 8，4 7（7）：9 3-9 6.6刘静波，叶亚宁，刘伟洁，等.焊接机器人在缓冲梁模块制造中的应用J.焊接技术，2 0 2 1,50（3）：7 4-7 6.化设计，并利用AMESim软件和试验台对停放制动控制功能进行了验证。此停放制动功能设计方案实现了该动车组停放制动的操作、控制、监测及故障诊断等功能，大幅提高了高速综合检测车的安全性。参考文献：1】杜群威，张远东，谢川川.停放制动原理分析及故障诊断J.铁道机车车辆,2 0 1 8,38（4）：4 6-4 9.【2 陈磊，秦佳颖，梁建全，等.2 种停放制动监控方式的分析J.铁道车辆，2 0 1 6,54（1）：31-32.【3杜礼明，宋阳阳.大风区不同路段停留动车组气动力特性研究及防溜分析J.中国铁道科学，2 0 1 9,4 0（6）：9 8-1 0 0.【4 蔡文明，怀俊伟.CR400AF型动车组停放制动管路优化研究J .铁道车辆,2 0 1 9,57（3）：4 0-4 1.5韩红文，朱君华.4 点吊挂紧凑式制动夹钳单元的技术研究J.机车车辆工艺，2 0 2 1（3）：1 0-1 2.业时间的计算方法。参考文献：1 王东仪.机车转向架构架焊接工艺工时研究D.大连：大连交通大学，2 0 1 5.【2 崔海富.浅谈劳动定额在铁路企业的作用J.哈尔滨铁道科技,2 0 0 6(3)：35-37.3中华人民共和国劳动部、铁道部.LD/T71.7-1994铁路工业焊接劳动定额标准S.北京：中国铁道出版社，1 9 9 5.4】G B/T 2 38 59 2 0 0 9 劳动定额测时方法S.北京：中国标准出版社，2 0 0 9.