一种通用型的后车架拼焊工装设计

　　摘要：随着客户需求的不断升级， 平地机车型也呈现多样化的发展趋势。后车架作为平地机的主要结构件， 其种类及数量也逐步增加。在传统的组合平台上进行后车架的拼焊时， 存在操作难度大、生产效率低等问题。针对后车架结构及零部件尺寸特征， 设计了一种通用型的后车架拼焊工装。在该拼焊工装上， 可以生产多种车型的后车架， 节约了车间生产场地， 提高了拼焊效率， 也降低了操作者劳动强度。

　　关键词：平地机； 后车架； 拼焊工装；

　　平地机作为一种重要的工程机械， 在构筑路基路面、修筑边坡、开挖边沟等方面发挥着不可替代的作用。后车架是平地机上的主要构件之一， 起到承载发动机、前车架、油箱及松土器等部件重量的作用[1].在传统的组合平台上拼焊后车架时， 受生产条件的影响， 生产效率偏低， 已成为平地机生产的瓶颈。而随着平地机的多样化发展， 机型种类不断增加， 现有的组合平台及生产场地， 已经不能满足生产的需要。因此， 急需设计一种通用型的后车架拼焊工装， 来解决这一瓶颈问题。

　　1 后车架结构及制造工艺

　　平地机主要结构件有前车架、后车架、牵引架、回转圈、铲刀体、松土器等， 其结构及分布位置如图1所示。后车架在平地机的后部， 其前部与前车架铰接， 后部与松土器连接。后车架结构复杂， 零部件较多， 主要由前上铰接板、前下铰接板、槽钢、尾板、前侧板、后桥支座、变速箱支座及诸多尺寸不一的螺母板组成， 其结构如图2所示。

　　图1 平地机结构图   

　　图2 后车架结构图 

　　后车架一般采用模块化的制造工艺， 先将前上铰接板、前下铰接板、槽钢等拼焊为组合件， 然后在组合平台上将上述组合件拼焊为后车架框架， 最后拼焊数量诸多的螺母板等小部件。组合拼台是通用型拼台， 可以进行多种结构件的拼焊作业。拼焊后车架时， 受组合拼台尺寸及场地等因素的限制， 一次只能拼焊一台后车架， 导致组合平台利用率不高、生产组织效率低。因此， 设计一种通用型的后车架拼焊工装， 满足多机型生产需要， 是迫在眉睫的问题。

　　2 后车架拼焊工装的设计

　　随着平地机产品多样化， 为以缩短工装制造时间， 提高工装通用性， 对后车架拼焊工装也提出了模块化、通用化的设计思想[2].工装设计时， 既要考虑不同后车架的定位基准及尺寸特征， 设计不同的定位模块， 以实现通用性， 也要考虑不同后车架的结构及尺寸差异对工装设计难度的影响。根据对后车架的结构分析， 其零部件种类、数量虽然较多， 但其结构保持相对一致， 大部分零件具有通用性。因此， 确认主要结构件的定位尺寸的差异， 并制定合理的定位方案， 是工装设计成功与否的关键点。经梳理， 后车架的结构涉及的关键定位尺寸， 如图3所示。

　　其中， 各个尺寸代号及含义如下：

　　L:后车架主定位孔到尾板距离；

　　H:槽钢下表面到前下铰接板距离；

　　W:后车架宽度；

　　D1:前上铰接板定位孔直径；

　　D2:前下铰接板定位孔直径；

　　L1:前铰接板定位孔到后桥支座距离；

　　L2:前铰接板定位孔到变速箱支座距离。

　　图3 后车架关键定位尺寸   

　　表1 各机型关键定位尺寸

　　经过对各种机型后车架的结构及尺寸分析， 最终确定四种机型的结构及尺寸差异较小， 适合设计通用型拼焊工装， 其关键定位尺寸， 如表1所示。表1的数据显示， 四种机型的后车架主定位孔、车架宽度及高度等尺寸一致， 主要差异点是后车架长度及变速箱支座位置不一致。因此， 后车架拼焊工装的设计， 必须考虑这些差异点的定位方法。

　　图4 拼焊工装设计图 

　　后车架通用拼焊工装采用Creo制图软件设计， 设计效果如图4所示。前下铰接板的定位销采用固定销结构形式；前上铰接板的定位销采用旋转机构形式， 并与定位套配合使用， 可实现快速装夹；左右槽钢零件采用内侧偏心旋转机构定位、外部夹紧的方式， 后车架出模方便、避免与工装干涉卡滞；变速箱支座零件采用了不同的定位销定位， 拼焊不同机型车架时切换对应机型的定位销， 即可实现准确定位；尾板设计前后双重夹紧机构， 以实现不同长度后车架的拼焊。后车架通用拼焊工装完成数模设计后， 需将这四种机型后车架， 按照预先设定的工艺对整个拼焊过程进行仿真分析， 查找潜在问题并改进设计， 如图5所示。设计方案经评审可行后， 方可开始加工生产。

　　图5 后车架模拟拼焊过程  

　　图6 后车架拼焊工装验证   

　　3 后车架拼焊工装的应用

　　后车架拼焊工装加工完毕后， 经三坐标测量， 其定位销、定位面等关键定位尺寸均达到了设计要求。在工装上对这四种平地机后车架进行拼焊验证， 后车架各部件装夹牢固、定位准确， 出模方便、与工装没有干涉卡滞等异常情况， 后车架拼焊后的尺寸符合工艺要求， 如图6所示。

　　表2 后车架拼焊时间对比

　　后车架通用型拼焊工装经过三个月使用后， 对后车架拼焊作业时间进行测定， 相对在组合拼台上生产时， 四种车型后车架的平均拼焊时间降低了70分钟， 生产效率提升了29%, 如表2所示。后车架通用型拼焊工装的应用， 提升了后车架拼焊效率， 降低了操作者劳动强度及对组合拼台的依赖， 达到了预期的效果。

　　4 结束语

　　通过设计一套通用型拼焊工装， 实现了多机型后车架的生产， 对生产效率的提升具有重大意义， 同时也节约了车间场地， 降低了操作者劳动强度。后车架拼焊工装模块化、通用化的设计思想， 对具有类似结构及尺寸结构件的生产制造， 具有较高的借鉴及推广价值。

　　参考文献

　　[1]陈沛， 黄皓， 陈文， 郭世旺。平地机后机架工况分析与试验测试[J].工程机械， 2011 （06） :32-36.

　　[2]梁春芝， 黄河杰。浅谈工艺装备设计发展趋势[J].装备制造技术， 2015 （11） :109-111.