客車車身骨架合裝設(shè)備分析及展望
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馬永杰，楊彩紅
（河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 451450）
摘要：主要介紹了客車車身骨架合裝設(shè)備的功能、常見類型，以及各主流客車廠使用的合裝設(shè)備和客車車身骨架合裝工藝，重點(diǎn)分析了常用合裝設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)、使用性能，并初步對(duì)國(guó)內(nèi)客車車身骨架合裝生產(chǎn)進(jìn)行了對(duì)比，探討了客車車身骨架合裝設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：客車；車身骨架；合裝設(shè)備；展望 中圖分類號(hào)：U463. 82
0 引言
客車是目前人們中短途出行經(jīng)常乘坐的交通工具，客車與城市地鐵、城際軌道交通一起構(gòu)成了中短途旅客出行的主要交通工具�？蛙囓嚿硎强蛙嚱Y(jié)構(gòu)中與發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤并列的三大組成部分之一。在客車結(jié)構(gòu)中，車身既是承載單元，又是功能單元。作為承載單元，車身骨架與底架一起承受行駛中的載荷；作為功能單元，車身為司乘人員提供良好的乘坐環(huán)境。因此，車身結(jié)構(gòu)形式對(duì)客車的制造技術(shù)和工藝有著十分重要的影響。
1 客車車身骨架合裝工藝及設(shè)備
客車車身骨架合裝是客車車身制造的關(guān)鍵。合裝工序是將車身各大片進(jìn)行裝配焊接的過程，是車身焊裝流水線生產(chǎn)的第一步．客車車身骨架合裝質(zhì)量將直接影響到整車裝配的質(zhì)量，能否控制客車車身骨架合裝的質(zhì)量將決定客車品質(zhì)和受市場(chǎng)青睞的程度。
圖1為合裝后的客車車身骨架三維效果圖（其中前后圍有少量鈑金件）。所謂合裝，就是把客車的左側(cè)圍、右側(cè)圍、前圍、后圍、底架、頂蓋六大片組合焊接成為一個(gè)符合圖紙要求的六面體框架，框架合裝的質(zhì)量取決于合裝過程中的合裝設(shè)備以及合裝的工藝。
合裝設(shè)備是用于組裝車身的專用大型設(shè)備，同時(shí)也是客車生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)批量化和流水化作業(yè)必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。目前客車車身合裝設(shè)備主要滿足車長(zhǎng)6 m～13.7 m，車寬1.8 m～2. 55 m的生產(chǎn)，因此合裝設(shè)備就需要能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)定位點(diǎn)的位置以適應(yīng)不同車型定位的需求。合裝設(shè)備主要決定車身高度、車身長(zhǎng)度、龍門對(duì)角、大龍門對(duì)角等尺寸滿足公差范圍，并以合裝設(shè)備不同車型換型時(shí)間作為設(shè)備的考核點(diǎn)，因此合裝設(shè)備重點(diǎn)關(guān)注合裝車身的精度、換型時(shí)間、設(shè)備的穩(wěn)定性和車型的適應(yīng)性。
2 國(guó)內(nèi)客車車身骨架合裝機(jī)主要類型及特點(diǎn)
由于我國(guó)大部分客車廠早期都是從維修車輛開始，因此早期的客車生產(chǎn)很少采用合裝設(shè)備，而是采用人工拉卷尺的方式來生產(chǎn)，導(dǎo)致客車車身骨架合裝精度低，車身尺寸一致性差，生產(chǎn)效率低，并且工人的實(shí)際技術(shù)能力決定了車身的質(zhì)量。隨著我國(guó)客車需求量的增大，各主流客車廠開始使用一些輔助類的生產(chǎn)工具，隨著工裝的使用慢慢演化出了客車車身生產(chǎn)的專用合裝設(shè)備。由于各廠家工藝、車型的差異性，因此其合裝設(shè)備也不盡相同，筆者主要對(duì)目前國(guó)內(nèi)客車廠使用較多的更換插接塊式、轉(zhuǎn)柱式、通用手動(dòng)可調(diào)式、通用PLC可調(diào)式合裝設(shè)備進(jìn)行介紹。
2.1 更換插接塊式
圖2為某廠目前正在使用的一種合裝設(shè)備，該設(shè)備由設(shè)備主機(jī)、推進(jìn)裝置和電氣控制部分組成，通過更換插接塊（如圖3所示），可以滿足不同車型的生產(chǎn)。由于部分車型車頂弧度較大導(dǎo)致插接塊尺寸較大，因此更換車型定位時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，換型時(shí)間長(zhǎng)，并且隨著車型的增多，插接塊種類也將增多，這樣將會(huì)增加插接塊儲(chǔ)存場(chǎng)地，工人再次選用時(shí)也會(huì)增加難度，更為重要的是客車是訂單化生產(chǎn)，隨著車型的淘汰插接塊也將淘汰，增加了后續(xù)夾具的成本。由于該方法前期設(shè)備投入成本低，目前仍有少數(shù)廠在選擇使用，隨著社會(huì)的發(fā)展，這種方法將會(huì)被淘汰。
2.2 轉(zhuǎn)柱式
圖4和圖5分別為我國(guó)南方某廠和北方某廠正在使用的轉(zhuǎn)柱式車身骨架合裝設(shè)備，此兩種設(shè)備均針對(duì)在某一時(shí)期車型較少（一般不超過4種），并且?guī)追N車型為同一系列的客車生產(chǎn)，該種類的設(shè)備定位均為專用定位，為固定車型專用，使用時(shí)不需要更換車型定位塊，只需要旋轉(zhuǎn)立柱即可，因?yàn)榱⒅恳粋?cè)面安裝有不同車型的專用定位夾緊裝置。該設(shè)備換型較快，定位精度高，但是不通用，目前也只在個(gè)別產(chǎn)量不大、車型不多的廠家使用。
2.3 通用手動(dòng)可調(diào)式
目前為了滿足更換車型迅速、定位精度高、通用性強(qiáng)的要求，常采用通用手動(dòng)可調(diào)式，主要有以下4種常用形式，如圖6～圖8所示。圖6為湖北某公司和陜西某公司正在使用的通用可調(diào)式車身骨架合裝設(shè)備，該設(shè)備特點(diǎn)是換型快，定位準(zhǔn)確，更換車型時(shí)不需要更換定位塊，而是通過對(duì)合裝設(shè)備架體滑道上的定位塊采用絲杠加導(dǎo)向的方式進(jìn)行調(diào)整，缺點(diǎn)是調(diào)整費(fèi)時(shí)間，更換車型稍顯拖沓。針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行改進(jìn)，如圖7所示，采用定位板的方式，即每種車型定位塊是通用的，通過光軸直接抽動(dòng)，到位后，后側(cè)有一塊10 mm厚的板件進(jìn)行定位，優(yōu)點(diǎn)是定位迅速，缺點(diǎn)是后側(cè)有限位而前側(cè)沒有，影響定位精度，另外車型較多時(shí)也需要有比較多的定長(zhǎng)鋼板對(duì)應(yīng)。
圖8是目前中型客車生產(chǎn)廠家廣泛使用的一種設(shè)備，該設(shè)備是在圖6、圖7設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行完善的，定位裝置分設(shè)三道，每道采用整體的機(jī)械調(diào)整方式，迅速且可靠，2012年～2014年在市場(chǎng)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，目前也是客車生產(chǎn)企業(yè)主要的合裝設(shè)備，具有調(diào)整換型快、定位精度高、通用性強(qiáng)、性價(jià)比高的特點(diǎn)。圖9是為了適應(yīng)雙層公交車的生產(chǎn)需求在圖8設(shè)備的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，定位方式與圖8設(shè)備相同，其適應(yīng)性更廣。
2.4 通用PLC控制可調(diào)式
隨著生產(chǎn)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及現(xiàn)代化企業(yè)產(chǎn)量增加的需求，對(duì)客車車身骨架合裝有了更進(jìn)一步的要求。圖10為經(jīng)濟(jì)型PLC控制可調(diào)式，該設(shè)備是在圖8設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了伺服控制，從而節(jié)省了人力，并且采用預(yù)先輸入車型參數(shù)的方式，使車型定位更加精確，避免了人為出現(xiàn)的定位誤差。
圖11為目前國(guó)內(nèi)主要客車生產(chǎn)企業(yè)使用的一種車身骨架合裝設(shè)備，該設(shè)備采用每一定位裝置均單獨(dú)伺服控制，可調(diào)整，增加了通用性，目前對(duì)客車生產(chǎn)企業(yè)出現(xiàn)的車型可基本上做到無縫合裝，全車型覆蓋，由于采用單獨(dú)伺服控制的定位調(diào)整模式，克服了前幾代合裝機(jī)出現(xiàn)的弊病，但是目前價(jià)格較為昂貴，對(duì)中小型客車生產(chǎn)企業(yè)來說是一筆不小的投資。
3 客車車身骨架合裝機(jī)的展望
客車車型的多樣性和客車生產(chǎn)的訂單模式，決定了無論使用何種合裝設(shè)備，當(dāng)有更新的車型出現(xiàn)時(shí)，都有可能造成現(xiàn)有的合裝設(shè)備不能使用，比如說目前個(gè)別廠家生產(chǎn)的U型梁的車身形式，目前合裝機(jī)基本不能使用。
但是我們也不能因?yàn)楹涎b夾具功能要求多且有局限性而忽略對(duì)合裝設(shè)備的研究，合裝設(shè)備在今后的發(fā)展中將會(huì)朝著高度的自動(dòng)化（全數(shù)控PLC控制）、高度的智能化（機(jī)械手的自動(dòng)操作）、更高精度（三維坐標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)）和更加強(qiáng)大的專業(yè)化方向發(fā)展（比如校車專用合裝夾具等）。
圖12為某廠使用的客車骨架合裝設(shè)備，其中已經(jīng)出現(xiàn)了配套的自動(dòng)焊接機(jī)械手臂，在未來我們將會(huì)使用更多的機(jī)械手臂，使合裝工位人員從8人～10人減少到3人左右，并且單車的生產(chǎn)時(shí)間也將會(huì)大大降低。
