混凝土攪拌運(yùn)輸車前臺(tái)互換性技術(shù)研究

劉景真

LIU Jing-zhen

中國(guó)重汽集團(tuán)青島重工有限公司 山東青島 266111

1 前言

混凝土攪拌運(yùn)輸車作為“一站三車”中的一種專用車輛，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工程建筑行業(yè)。近年來(lái)，隨需求市場(chǎng)的變化和生產(chǎn)企業(yè)的增多，混凝土攪拌運(yùn)輸車生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，單車?yán)麧?rùn)下降。各大生產(chǎn)企業(yè)也在想盡辦法降低成本，包括細(xì)化、改進(jìn)制造工藝，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，流水作業(yè)，降低成本，以獲得更多的效益。

互換性是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則,它普遍應(yīng)用于機(jī)械和汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)中。在機(jī)械和汽車制造中，遵循互換性原則，不僅能顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本[1]?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車前臺(tái)(也稱為前支撐)作為關(guān)鍵部件，一直是各大改裝企業(yè)優(yōu)化改進(jìn)的主要目標(biāo)之一，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及使用安全性對(duì)攪拌車的整體性能至關(guān)重要[2]。前臺(tái)常采用凹凸定位塊的形式與副車架連接定位，精度要求高。提高前臺(tái)的互換性，便于組織生產(chǎn)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。常規(guī)工藝下前臺(tái)和副車架的定位塊采用配焊形式定位，在后期罐體副車架裝調(diào)不合適時(shí)，無(wú)法進(jìn)行調(diào)換，不具有互換性，不利于流水線生產(chǎn)。因此，筆者在前臺(tái)和副車架的連接上進(jìn)行制造工藝的改進(jìn)提升，以達(dá)到前臺(tái)互換的目的，實(shí)現(xiàn)分散制造，集中裝配，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2 前臺(tái)連接結(jié)構(gòu)和作用

混凝土攪拌運(yùn)輸車主要由液壓系統(tǒng)、攪拌罐總成、底架總成、進(jìn)出料系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)及電器系統(tǒng)組成。對(duì)于混凝土攪拌運(yùn)輸車生產(chǎn)企業(yè)而言，攪拌罐總成和底架總成是其生產(chǎn)的兩種大型總成，其中攪拌車底架又包括前臺(tái)、后臺(tái)、副車架、支撐臂總成等主要構(gòu)件。底架總成承載著攪拌罐總成，攪拌罐本身具有一定的角度，混凝土攪拌運(yùn)輸車在作業(yè)時(shí)，載荷幾乎都是由底架來(lái)支撐，車輛行駛過(guò)程中也會(huì)形成非常大的沖擊載荷，因此用戶對(duì)底架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造提出了很高要求。目前副車架、后臺(tái)、支撐臂總成三個(gè)構(gòu)件的連接形式均為焊接形式，前臺(tái)與副車架連接有焊接和裝配兩種形式，焊接結(jié)構(gòu)一般僅應(yīng)用在小立方混凝土攪拌運(yùn)輸車上，前臺(tái)與副車架的裝配形式是目前市場(chǎng)上混凝土攪拌運(yùn)輸車最為主要的結(jié)構(gòu)形式。在底架其他結(jié)構(gòu)均為焊接連接形式的狀態(tài)下，前臺(tái)與副車架的裝配形式就更為重要，因此前臺(tái)與副車架的連接設(shè)計(jì)有定位塊，具有抗沖擊、剪切載荷和連接定位的作用。

前臺(tái)與副車架的具體結(jié)構(gòu)形式為副車架用凹形定位塊，前臺(tái)用凸臺(tái)定位塊，左右各兩個(gè)，如圖1所示。通過(guò)前臺(tái)底面的4個(gè)凸臺(tái)定位塊卡入副車架上的凹形定位塊，限制前臺(tái)的前后位置和左右位置，然后用U型螺栓將兩者連接在一起。不同廠家結(jié)構(gòu)形式有所差異，但原理相同。

圖1 前臺(tái)與副車架定位塊形式

3 前臺(tái)互換性分析

混凝土攪拌運(yùn)輸車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于前臺(tái)主體的制造都有自己行之有效的保證措施，可確保其主體尺寸符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。針對(duì)前臺(tái)與副車架連接結(jié)構(gòu)的控制，往往采用先焊接一種部件的定位塊，再配焊另一種部件定位塊的方式。通常是按照?qǐng)D紙，利用工裝將前臺(tái)定位塊焊接好，然后將前臺(tái)吊至副車架上，調(diào)整前臺(tái)在副車架上的位置，前臺(tái)中心對(duì)齊副車架中心，測(cè)量調(diào)整前臺(tái)的前后距離，滿足圖紙尺寸要求后，配焊副車架4個(gè)凹形定位塊，最后用U型螺栓將兩者緊固在一起。雖然最終實(shí)現(xiàn)了兩者的連接定位，滿足了設(shè)計(jì)要求，但因?yàn)榕浜傅拇嬖?，無(wú)法實(shí)現(xiàn)前臺(tái)的互換，不能實(shí)現(xiàn)兩者的直接裝配，不便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、流水作業(yè)。

實(shí)現(xiàn)前臺(tái)的互換性，需要同時(shí)控制前臺(tái)4個(gè)定位塊和副車架4個(gè)定位塊的位置精度，同時(shí)提高凹凸定位塊定位面的加工精度。凹凸定位塊單件加工精度通過(guò)機(jī)加工保證，在此不贅述，凹凸定位塊的位置則需通過(guò)設(shè)計(jì)制作工裝保證其精度。

4 工裝設(shè)計(jì)

4.1 工裝設(shè)計(jì)原則

要提高前臺(tái)和副車架定位塊的位置精度，必須通過(guò)整體定位工裝讓4個(gè)定位塊一次同時(shí)定位，保證其相對(duì)位置。在4個(gè)定位塊定位后，整體工裝與前臺(tái)或副車架再進(jìn)行定位，且整體工裝的定位需要同前臺(tái)和副車架生產(chǎn)制造時(shí)用的工裝定位基準(zhǔn)保持一致。

工裝限位塊采用與凹凸定位塊形式相反的凹凸限位塊結(jié)構(gòu)對(duì)定位塊進(jìn)行定位，工裝凹面限位塊與前臺(tái)凸臺(tái)定位塊的定位示意方式如圖2(a)所示，工裝凸面限位塊與副車架凹形定位塊的定位示意方式如圖2(b)所示。

圖2 定位示意圖

為保證工裝上4個(gè)凹面或凸面限位塊相對(duì)位置的精確，進(jìn)而保證定位塊的精度，工裝4個(gè)限位塊在焊接完后，通過(guò)加工中心整體加工限位塊的配合面，確保工裝定位精度。依據(jù)以上的工裝設(shè)計(jì)原則，分別設(shè)計(jì)制造了前臺(tái)定位塊工裝和副車架定位塊工裝。

4.2 前臺(tái)定位塊工裝

前臺(tái)定位塊位于前臺(tái)的底部，如圖1前臺(tái)與副車架定位塊形式中凸臺(tái)定位塊的狀態(tài)，正常狀態(tài)下前臺(tái)定位塊的焊縫為仰視狀態(tài)。如果在這個(gè)狀態(tài)進(jìn)行定位塊的組對(duì)和焊接，不僅組對(duì)定位困難，精度差，而且仰焊難于保證焊接質(zhì)量，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。因此在定位塊的組對(duì)和焊接時(shí)，需要調(diào)整為平焊狀態(tài)進(jìn)行組對(duì)和焊接，以便于控制組對(duì)精度和保證焊縫的焊接質(zhì)量?？紤]到以上情況，設(shè)計(jì)制作了支撐架，將前臺(tái)倒置放在上面，定位塊的狀態(tài)即可調(diào)整為平焊狀態(tài)，框架采用鋼管制作。

前臺(tái)定位塊的工裝如圖3所示，支撐架固定在工位不動(dòng)，工裝其余部分可移動(dòng)。工裝可移動(dòng)部分包含工裝主體、凹面限位塊、夾緊裝置、輔助夾緊裝置等，其通過(guò)工件前臺(tái)定位。為保證定位的可靠性，該工裝定位基準(zhǔn)與前臺(tái)主體組焊時(shí)的定位基準(zhǔn)保持一致。工裝的前后方向通過(guò)夾緊裝置定位夾緊在前臺(tái)的橫梁上，左右位置通過(guò)輔助夾緊裝置進(jìn)行定位夾緊。為減輕自重，工裝主體可采用角鋼或薄壁鋼管。在工裝主體上焊接4個(gè)凹面限位塊，焊接完后，用加工中心對(duì)凹面限位塊內(nèi)槽面進(jìn)行加工，保證4個(gè)限位塊的內(nèi)槽尺寸和位置精度。

其工作原理為前臺(tái)在用工裝組對(duì)完后，將前臺(tái)倒置放在支撐架上，再通過(guò)夾緊裝置和輔助夾緊裝置將工裝主體定位夾緊在前臺(tái)上。然后在工裝定位后，將前臺(tái)的凸形定位塊插入到工裝凹面限位塊中，點(diǎn)焊定位塊，此時(shí)凸形定位塊與前臺(tái)接觸的一周焊縫處在平焊狀態(tài)，拆卸工裝主體，完成前臺(tái)4個(gè)凸形定位塊的焊接。

4.3 副車架定位塊工裝

要實(shí)現(xiàn)前臺(tái)的互換性，副車架定位塊工裝需保證4個(gè)定位塊在副車架上縱向的位置尺寸和4個(gè)定位塊之間的相對(duì)位置。工裝夾具定位有著極為重要的前置步驟，而作為前置步驟，工裝夾具定位設(shè)計(jì)便極為重要[3]。因此，分別從這兩個(gè)方面考慮設(shè)計(jì)了工裝的定位保證結(jié)構(gòu)，工裝外形如圖4所示。

圖3 前臺(tái)定位塊工裝

為更好地保證4個(gè)定位塊在副車架縱向的位置尺寸，該工裝依托副車架本身的組焊平臺(tái)使用。在組焊平臺(tái)上布置縱向定位卡槽，用專用螺栓固定在平臺(tái)T形槽上，其位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)?？v向定位卡槽與工裝主體上的縱向定位塊配合，確定工裝在副車架上的位置，縱向定位卡槽和定位塊定位面通過(guò)機(jī)加工保證配合精度。縱向定位卡槽和定位塊的配合面具有一定的寬度，可避免工裝主體偏斜，為進(jìn)一步防止工裝偏斜也可左右各布置一個(gè)縱向定位卡槽，增強(qiáng)工裝的定位保證能力。

為保證4個(gè)定位塊的相對(duì)位置，同樣是將4個(gè)凸面限位塊組焊到工裝主體上后，用加工中心整體加工4個(gè)凸面限位塊的配合面，保證4個(gè)限位塊的位置和定位面精度。凹形定位塊側(cè)面貼到副車架縱梁面定位，因此4個(gè)面限位塊不需要限定凹形定位塊的左右位置。

其工作原理為副車架組焊完后，仍然放置在組焊平臺(tái)上，直至組焊完凹形定位塊。首先根據(jù)前臺(tái)在副車架的縱向定位尺寸，在組焊平臺(tái)的T形槽內(nèi)移動(dòng)縱向定位卡槽確定其位置，再用螺栓緊固在組焊平臺(tái)上?？v向定位卡槽固定好后，直至下一個(gè)縱向定尺寸不同的副車架換產(chǎn)前，縱向定位卡槽維持不動(dòng)，一次定位批量生產(chǎn)同型號(hào)產(chǎn)品。然后副車架定位塊工裝通過(guò)縱向定位塊插入縱向定位卡槽中，確定其縱向位置，再用定位夾緊裝置將工裝主體定位夾緊在副車架上。工裝凸面限位塊的位置即為凹形定位塊的位置，將凹形定位塊插入工裝凸面限位塊，緊貼副車架縱梁外側(cè)，即可確定其位置。點(diǎn)焊固定凹形定位塊，拆卸定位工裝主體，在組焊平臺(tái)上完成凹形定位塊的焊縫焊接。

圖4 副車架定位塊工裝

5 前臺(tái)互換性的實(shí)現(xiàn)

使用前臺(tái)定位塊工裝后，前臺(tái)4個(gè)凸形定位塊的相對(duì)位置精度得到提高，同時(shí)因?yàn)槎ㄎ粔K工裝的定位與前臺(tái)組焊工裝的定位基準(zhǔn)相同，所以前臺(tái)4個(gè)定位塊與前臺(tái)主體的相對(duì)位置也得到了控制，進(jìn)而前臺(tái)關(guān)鍵連接尺寸得到控制。使用副車架定位塊工裝后，副車架4個(gè)凹形定位塊定位精度提高，也可提前焊接在副車架上，且其在副車架的前后距離一次定位后，同型號(hào)產(chǎn)品，不再需要重復(fù)定位，提升了工作效率。

在使用工裝后，可將前臺(tái)和副車架各自的定位塊先焊接好，再將兩者直接裝配起來(lái)，不再需要配焊，后續(xù)裝調(diào)或維修時(shí)，前臺(tái)也可進(jìn)行調(diào)換，最終實(shí)現(xiàn)了前臺(tái)的互換。制造工藝改進(jìn)后，前臺(tái)和副車架可分別完成焊接，再進(jìn)行集中裝配，避免了配焊，有利于流水作業(yè)生產(chǎn)，前臺(tái)與副車架組裝狀態(tài)如圖5所示。

圖5 前臺(tái)與副車架組裝狀態(tài)

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析混凝土攪拌運(yùn)輸車前臺(tái)在實(shí)際生產(chǎn)制造中前臺(tái)與副車架需要配對(duì)使用，不具有互換性的情況，提出了在分散制造，集中裝配模式下，需提高前臺(tái)互換性的改進(jìn)方向，方向確定后進(jìn)行了工藝改進(jìn)提升，設(shè)計(jì)制作了定位精度高的工裝，通過(guò)工裝保證了關(guān)鍵連接定位塊的位置精度，進(jìn)而提高了前臺(tái)的互換性。

本文詳細(xì)闡述了提高前臺(tái)互換性的控制點(diǎn)、解決思路、詳細(xì)的工裝設(shè)計(jì)過(guò)程，形成了一種解決定位塊結(jié)構(gòu)配焊的思路和工藝方法。前臺(tái)實(shí)現(xiàn)互換性后，極大地的便利了生產(chǎn)的組織協(xié)調(diào)，利于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在提高混凝土攪拌運(yùn)輸車零部件互換性的工藝改進(jìn)中起到了示范作用，也為有類似該定位結(jié)構(gòu)的機(jī)械產(chǎn)品提供了一種提高零部件互換性的示例。