趙鵬洋 李 安 劉 錦 孫陽曉宇 孫志懷

(中車長春軌道客車股份有限公司工程技術(shù)部，130062，長春//第一作者，高級(jí)工程師)

常規(guī)100%低地板有軌電車車體的大部件主要采用焊接的方式制造，然后將涂裝后的車體鋼結(jié)構(gòu)布置在固定的裝配工位，完成約100道復(fù)雜的裝配工序后，將裝配完工的車體與轉(zhuǎn)向架連接，進(jìn)行整組車的編組連掛。由于大量焊接導(dǎo)致車體變形較大，對(duì)車輛內(nèi)飾的整體配合效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。另外，由于各道工序關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，又受到施工空間限制，只能按照司機(jī)室、車頂、客室、車下、車端依次進(jìn)行施工，導(dǎo)致車輛的裝配周期較長。

目前,模塊化預(yù)組裝工藝技術(shù)已成為城市軌道交通車輛制造的發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)部件(例如制動(dòng)系統(tǒng)、客室內(nèi)裝等)的模塊化預(yù)組裝工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市軌道交通車輛、鐵路客車及動(dòng)車組車輛的生產(chǎn)制造當(dāng)中。

1 整車模塊化預(yù)組裝工藝技術(shù)

整車模塊化預(yù)組裝工藝是國際軌道交通行業(yè)較為先進(jìn)的車輛裝配工藝技術(shù)。該技術(shù)打破了常規(guī)車體與裝配的界限，將單車結(jié)構(gòu)分為司機(jī)室、側(cè)墻、車頂、底架、端墻5大預(yù)組模塊，按照安裝的部位，將裝配部件與車體的大部件進(jìn)行預(yù)組裝；集成模塊后，采用鉚接的方式將5大模塊合成；車體合成后,再對(duì)各模塊中不能或不易安裝的零部件進(jìn)行安裝，如客室門板、扶手、座椅及車頂設(shè)備等。

2 整車模塊化預(yù)組裝工藝技術(shù)的特點(diǎn)

1) 生產(chǎn)周期:通過將原工序串行的裝配生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦黝A(yù)組模塊，并采用按照同一生產(chǎn)節(jié)拍并行的生產(chǎn)模式，顯著縮短了整車裝配的生產(chǎn)周期。

2) 車體材質(zhì)選擇:車體各模塊采用螺栓和鉚釘進(jìn)行連接，可根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能需求選取更合適的材質(zhì)。例如，車體采用輕量化的鋁合金作為主體材質(zhì)的同時(shí)，承載較大的動(dòng)車底架可采用不銹鋼材質(zhì)。

3) 施工工藝性:車體各模塊之間采用鉚接的連接結(jié)構(gòu)取代常規(guī)車體大部件總組成焊接結(jié)構(gòu)，能夠合理消除因焊接變形導(dǎo)致的生產(chǎn)制造誤差，提高整車裝配精度。但鉚接孔需要進(jìn)行配鉆，這對(duì)生產(chǎn)效率及工作強(qiáng)度有一定影響。由于鉚接后車體的整體剛度低于常規(guī)焊接車體，并且鉚接存在松脫等風(fēng)險(xiǎn)，因此需要嚴(yán)格控制鉚接施工質(zhì)量。

4) 維修維護(hù):車體各模塊相對(duì)獨(dú)立且便于維護(hù)和更換。例如司機(jī)室模塊損壞，可獨(dú)立進(jìn)行拆卸和更換，縮短了修復(fù)時(shí)間。但由于部件之間縫隙較多，車輛整體水密性較難控制，并且密封膠類穩(wěn)定性較差，因此存在老化等問題，需要定期檢查和修復(fù)。

3 應(yīng)用案例

整車模塊化預(yù)組裝工藝技術(shù)已經(jīng)在成都100%低地板有軌電車項(xiàng)目成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了部件預(yù)組—車體合成—單車裝配—車輛編組的模塊化裝配工藝過程。

模塊化預(yù)組裝工藝主要分為司機(jī)室預(yù)組、側(cè)墻預(yù)組、車頂預(yù)組、底架預(yù)組、車體合成、單車組裝和模塊化落車連掛7個(gè)部分。下面分別介紹各部分的工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)。

3. 1 司機(jī)室預(yù)組

司機(jī)室預(yù)組通過3個(gè)臺(tái)位的流水線組裝，完成17個(gè)子工序裝配,如圖1所示。

圖1 司機(jī)室模塊預(yù)組工藝流程

常規(guī)司機(jī)室結(jié)構(gòu)包含整體鋼骨架和玻璃鋼頭罩，而模塊化司機(jī)室取消了整體鋼骨架，僅設(shè)置鋼底架。玻璃鋼頭罩內(nèi)部布設(shè)司機(jī)室內(nèi)飾，鋼底架和玻璃鋼頭罩通過螺栓固定在司機(jī)室端墻上。由于司機(jī)室端墻板自身無法承載鋼底架和玻璃鋼頭罩的質(zhì)量，因此在車體合成之前，需要在鋼底架和玻璃鋼頭罩之間增加臨時(shí)支撐裝置，待合成后再進(jìn)行拆除。

在預(yù)組臺(tái)位2,利用翻轉(zhuǎn)裝置將司機(jī)室頭部翻轉(zhuǎn)90°，使得擋風(fēng)玻璃可以在水平方向進(jìn)行粘接和固化，這充分保證了膠縫施膠及均勻固化，進(jìn)而提高了膠縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

粘接過程中，利用玻璃吸盤吊運(yùn)擋風(fēng)玻璃，可使粘接過程更加平穩(wěn)。采用這種方式，在提高作業(yè)效率的同時(shí)，能夠避免應(yīng)力集中造成玻璃損壞的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步保證了膠縫強(qiáng)度的均勻性。

3. 2 側(cè)墻預(yù)組

側(cè)墻預(yù)組包含4種側(cè)墻結(jié)構(gòu)的預(yù)組裝，分別為單扇門門框預(yù)組、雙扇門門框預(yù)組、端立柱預(yù)組及窗立柱預(yù)組。

低地板車型的側(cè)墻結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但側(cè)墻之間對(duì)角線的尺寸將影響車門、車窗功能部件的裝配質(zhì)量，因此側(cè)墻預(yù)組裝配精度要求較高，需要在具有卡具的專用預(yù)組臺(tái)位完成側(cè)墻立柱的拼裝和鉚接。

3. 3 車頂預(yù)組

車頂預(yù)組包含車頂反裝和車頂正裝2個(gè)工藝過程(見圖2)。

圖2 車頂預(yù)組工藝流程

通過工裝將車頂翻轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)車頂正反兩面的裝配，在車頂鋁結(jié)構(gòu)的滑槽內(nèi)預(yù)埋工藝吊裝滑塊，來實(shí)現(xiàn)車頂預(yù)組模塊的吊運(yùn)和翻轉(zhuǎn)。

3. 4 底架預(yù)組

根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要，帶轉(zhuǎn)向架的動(dòng)車底架采用鋼底架，不帶轉(zhuǎn)向架的懸浮車底架采用鋁底架，制動(dòng)管路和少量的線束布置在鋼底架上。因此，與鋁底架裝配相比，底鋼底架裝配增加了反裝和翻轉(zhuǎn)2道工序(見圖3)。

圖3 底架預(yù)組工藝流程

低地板車輛通常采用液壓制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)管路采用卡套式無螺紋管接件連接，連接方式較為成熟，因此在裝配過程中主要注意管接件的密封性即可。鋼底架預(yù)組包含如下工序(見圖4)。

圖4 鋼底架預(yù)組工藝流程

3. 5 車體合成

車體合成工藝順序?yàn)榈准?、?cè)墻、車頂及端墻/司機(jī)室。

車體合成是整個(gè)車輛裝配的關(guān)鍵，如車體合成的尺寸未得到有效控制，則各預(yù)組部件間的配合尺寸將受到很大影響。因此,車體合成中需要通過調(diào)整，保證如下關(guān)鍵控制項(xiàng)目：①車體門口與窗口對(duì)角線的控制；②端墻與底架垂直度的控制；③上下鉸接軸的同軸度控制;④車體對(duì)角線的控制。

車體合成工序必須在專用的合成工位進(jìn)行裝配，工位設(shè)置支撐車體底架的支座，整體平面度控制在1 mm以內(nèi)，并且通過收緊鋼絲繩將底架固定。車體對(duì)角線調(diào)整方案為：在車體底架中心線上放置激光墨線儀，在車頂投影出車頂中心線；將總組成臺(tái)位兩側(cè)的調(diào)整裝置插入側(cè)墻立柱的開口，利用調(diào)整裝置調(diào)整車體對(duì)角線尺寸，直至將車頂中心線與底架投影的激光射線重合偏差控制在1 mm以內(nèi)為止。

為保證車體整體強(qiáng)度可靠，側(cè)墻立柱、車頂及底架均采用螺栓和高強(qiáng)度huck鉚釘結(jié)合的方式連接。通過螺栓進(jìn)行鉚接前定位，通過鉚接將大部件固定在一起。同一連接處鉚釘呈矩陣式分布，1臺(tái)車有近200個(gè)鉚接孔。鉚接孔的合理設(shè)置是提高施工效率和保證產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。

1) 由于鋼質(zhì)不易現(xiàn)車開孔，因此鋼底架通過機(jī)械加工預(yù)制鉚接孔，與鋼底架連接的側(cè)墻同樣通過單件加工鉚接孔。

2) 鋁車頂、鋁型材側(cè)墻立柱及鋁底架均現(xiàn)車開孔。采用自動(dòng)進(jìn)給鉆配合專用鉆模完成鉚釘孔配鉆，不僅可確保配鉆孔的質(zhì)量，大大降低施工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可提高施工效率4倍以上。

3) 車體側(cè)墻、車頂、底架及端墻等大部件連接位置的水密封性是整車裝配過程的關(guān)鍵，因此車體合成后的整體施膠密封工序必須保證施膠的質(zhì)量，并將其作為關(guān)鍵過程進(jìn)行管控。

預(yù)組后的司機(jī)室模塊、車頂模塊、側(cè)墻模塊及底架模塊均采用螺栓連接方式。因此，將司機(jī)室模塊放置在專用升降平臺(tái)，高度方向通過平臺(tái)調(diào)整，縱向和橫向通過平臺(tái)上的滾珠移動(dòng)司機(jī)室模塊位置，從而保證所有連接螺栓均可以對(duì)正連接。

3. 6 單車組裝

車體合成后，需要使用天車和專用吊具，將車體從總組成工位吊至單車組裝工位，安裝車窗、電氣小件、立罩板、墻板、貫通道及外飾板等模塊預(yù)組時(shí)不易安裝的部件。常規(guī)低地板車輛通過底架位置的起吊座進(jìn)行吊運(yùn)，考慮到模塊化低地板車輛自重較輕，因此可利用鋁合金車頂兩側(cè)的滑槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊運(yùn)，吊運(yùn)的滑塊在車體合成之前預(yù)埋在車頂滑槽內(nèi)。

帶司機(jī)室的動(dòng)車由于重心靠近司機(jī)室端，需通過計(jì)算確定其重心的位置；其它車型重心基本與車體幾何中心重合，需按照計(jì)算的重心位置在每臺(tái)車頂安裝4個(gè)吊裝座，且每個(gè)吊裝座與預(yù)埋的吊運(yùn)滑塊進(jìn)行連接。

3. 7 模塊化落車連掛

單車裝配完工后，需要進(jìn)行車體與轉(zhuǎn)向架連接以及整列編組的落車連掛工序。由于落車連掛工序直接影響車輛的落成尺寸和質(zhì)量分布，因此在落車連掛時(shí)需重點(diǎn)控制如下方面。

3. 7. 1 落車連掛順序

由于低地板車輛結(jié)構(gòu)的特殊性，需要采取模塊化的落車順序，并通過1套架車機(jī)及輔助工裝來實(shí)現(xiàn)5臺(tái)車體與3臺(tái)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的連接，具體工藝流程(見圖5)如下：①司機(jī)室動(dòng)車(M1)與轉(zhuǎn)向架連接；②中間動(dòng)車(NP)與轉(zhuǎn)向架連接③中間懸浮車(C1)與司機(jī)室動(dòng)車M1車及中間動(dòng)車NP車連接；④司機(jī)室動(dòng)車(M2)與轉(zhuǎn)向架連接；⑤中間懸浮車(C2)車與中間動(dòng)車(NP)連接。

圖5 落車工藝流程示意圖

以上工作完成后，使用千斤頂將司機(jī)室車前端提升一定角度，將司機(jī)室車下部支撐工裝撤出，完成整列車的落成。

3. 7. 2 車體與轉(zhuǎn)向架對(duì)中調(diào)整

在車體與轉(zhuǎn)向架連接前，通過測(cè)量找正車體縱向中心線與轉(zhuǎn)向架中心線的位置，使架車機(jī)承載車體水平下落，并利用架車機(jī)微量調(diào)整車體使之與轉(zhuǎn)向架中心線偏差控制在±2 mm以內(nèi)，從而避免因轉(zhuǎn)向架兩側(cè)二系鋼簧壓力不一致導(dǎo)致的車輛側(cè)偏問題。

3. 7. 3 車體間距一致性調(diào)整

待整個(gè)編組車輛之間的鉸接連接后，通過調(diào)整上部彈性鉸接確保車體上部、下部及兩側(cè)的間距差值控制在±2 mm以內(nèi)；同時(shí)利用架車機(jī)輔助調(diào)整車體高度，使車輛上部彈性鉸接中心與下部固定鉸接中心對(duì)正，從而保證整個(gè)編組的平衡性。

4 結(jié)語

整車模塊化預(yù)組裝技術(shù)在100%低地板有軌電車上的成功應(yīng)用是車輛設(shè)計(jì)和制造工藝深度融合的產(chǎn)物。利用整車模塊化預(yù)組裝技術(shù)，建立一條可高效運(yùn)行的從部件預(yù)組到編組連掛的100%低地板有軌電車模塊化裝配生產(chǎn)線，為低地板有軌電車的制造提供了一個(gè)全新的組裝技術(shù)方案，其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可在城市軌道交通制造行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。