激光划线在机车地板上小部件安装的应用研究
0 引言
轨道车辆作为以客户需求为导向量身设计、制造的交通工具,为满足市场多样化需求,其车型种类不断增加、批量不断减少。地板上小部件现采用安装模工艺方法进行装配,虽然此方法相对于传统完全手工划线方式具有明显优势,但随着车型的不断增加、生产节拍的不断加快、生产场地的愈加紧张,以及安全生产理念的不断融入,此方法也不断暴露出了无法解决的缺点。故研究新的装配工艺方法以解决安装模工艺方法的缺点并能满足生产需求便显得刻不容缓。
1 地板上小部件分类
根据机车总成装配需求,地板上小部件主要可归纳为两类:安装座和辅助装置。
安装座主要由设备安装座、支架、导轨支撑座等组成,用于牵引风机、牵引变流器柜、冷却塔、低压电器柜、操作台等设备的安装。装配精度要求相对较高。
辅助装置主要由扎线卡、安装轨、接地螺母、支座组成,用于电缆布置、管路固定和设备接地线装配,如图1所示。电缆、接地线等均为柔性配件,故此类配件装配精度要求相对较低。
(a)扎线卡装配图 (b)接地螺母装配图
图1 辅助装置装配图
2 安装模装配工艺方法
2.1 结构原理
安装模采用钢板制作,其上利用激光切割各类定位槽口用于配件装配,槽口设计略大于原部件,一般留有30 mm的间隙,方便定位焊接后整体安装模的吊取,槽口结构因辅助装置和设备安装座的大小而不同。
对于辅助装置,利用安装模直接靠边定位焊接;对于设备安装座,利用安装模,石笔划线作为安装参考位置,取下安装模后,核对尺寸进行人工划线装配。安装模结构及应用如图2所示。
2.2 安装模工艺方法优缺点
2.2.1 安装模工艺方法优点
安装模工艺方法的辅助时间主要为装配、拆卸时间,激光划线工艺方法的辅助时间主要为激光划线未覆盖位置采用人工划线所消耗的辅助时间。两种工艺方法辅助时间对比如表1所示。
1)装配快捷。班组员工直接靠模装配,方便快捷。扎线卡、导轨长条类零件以安装模槽口直角边进行定位装配,其他边采用圆弧边防呆结构,如图3(a)所示,而接地螺母座利用小圆弧边进行定位装配,如图3(b)所示。对于机械间设备安装座和支架隔空类零件,根据安装模的三角形槽口边缘,用石笔划线作为安装参考位置,如图2(b)所示。
(a)安装模整体图 (b)安装模局部图
图2 安装模结构及应用
(a)直角边定位装配 (b)小圆弧定位装配
图3 靠模装配
2)目视化效果明显。班组员工根据安装模槽口来进行装配,一个槽口对应一个零件,不同的槽口结构对应不同的零件类别,图2(a)所示,在现场使用过程中,目视化效果明显,班组根据槽口数量来保证零件装配数量。
3)装配精度满足设计需求。班组人员根据车体中心线定位安装模分块,安装模装配方法的精度影响主要为安装模的装配精度,现场能保证设计所需装配精度。
4)使用周期长。车型批量生产时,安装模可反复使用,直到安装模严重变形无法继续使用。使用周期长,可实现批量化生产。
2.2.2 安装模工艺方法缺点
1)吊运存在安全隐患。无论何种吊运都存在安全隐患。安装模吊运分为单件吊运以及整体吊运,如图4所示。
2)制作成本高。安装模需大钢板制作,以神华HXD1型机车(朔黄)为例,需要5块6 000 mm×1 500 mm的钢板原材料来制作。故板料消耗大。
6)不易更改。在生产过程中,地板上小部件发生设计变更时,无法及时更改,只能待安装模报废后新制时进行变更。
4)通用性差。每种车型需要设计相应的安装模,使用通用性低。
5)存放占用空间大。安装模采用大平面钢板,不能叠置存放,现场采用安装模存放架存放(规格为3 000 mm×1 200 mm×1 075 mm)。
(a)安装模单件吊运 (b)安装模整体吊运
图4 安装模吊运
图5 安装模存放架
3)装配时间长。每种车型都需制作多块安装模,班组人员需将安装模分块吊运至台位,以车体中心线为基准依次定位各安装模,使用完毕后又需分块拆卸吊运,故人员配合时间花费长,影响节拍化生产。且在作业过程中,若发生其他生产班组同时使用天车的情况,必将延长安装模吊运进程。
2)售中商务文本,指商业交易发生中,双方为达成交易或合作而签署的商业文件,这类文件通常具有法律约束力,如销售合同、战略合作协议、合资协议等。
3 激光划线工艺方法构思来源
3.1 问题源分析
3.1.1 安装模的有效利用区域
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班组主要是利用安装模上的槽口位置作为安装坐标,而其余位置的板料并无进行利用,使得板料消耗量大,制作成本高。采用其他工艺方法是否可以只需要安装坐标?
3.1.2 安装模与地板的分离
安装模作为独立的工装,与底架地板面分离,使得需消耗时间在装配和拆卸安装模上,除此之外,还需要较大的空间存放安装模。是否可以将安装模与地板结合为一体?
3.2 新工艺方法提出
3)无需额外工装。激光划线直接在工件上进行,无需额外放置工装,节省厂房空间。
4 激光划线应用研究
因安装模经常使用后变形影响配件装配精度,安装模使用周期一般为50台,故平摊到每台车的投入成本为95.9元,
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以神华HXD1型机车(朔黄)0010B节车为试验对象,进行地板上小部件激光划线技术的应用研究,并与神华HXD1型机车(朔黄)0009B节车使用安装模进行对比分析。
4.1 辅助时间对比
根据宜兴市开展的秸秆还田试验研究和生产实践,明确了稻秸秆量以不超过全田秸秆量的一半为宜,对产量影响较小。秸秆还田在水稻收获时,应采用秸秆切碎、匀铺装置的收割机进行收获水稻,机械匀铺不到位应辅以人工匀铺,做到全田秸秆摊铺均匀。
表1 辅助时间对比
方案项点人数(人)总时间(min)安装模吊运装配3(2人装配1人吊运配合)62.3取模拆卸2(1人拆卸1人吊运配合)45.8激光划线人工划线218
安装模方案的辅助时间总计108.1 min,激光划线方案需18 min。在辅助时间方面,安装模耗时较长,是激光划线方案的6倍。
另外,若安装模吊运过程中发生等待天车情况,那安装模工艺方法的辅助时间更长。
4.2 装配时间对比
分别采用两种工艺方法对配件进行装配的时间对比如表2所示。
表2 装配时间对比
方案人数(人)总时间(min)安装模346.0激光划线375.1
在装配时间方面,激光划线装配耗时较长,是安装模方案的1.6倍。根据现场使用情况可知,使用激光划线来定位小部件时,焊工需配合铆工,协助铆工固定零件的位置(如图6(a)所示),而使用安装模方案时,铆工集中在一段时间进行摆放定位,之后焊工可以直接靠模固定零件(如图6(b)所示),无需两人协助固定。因而激光划线工艺方法在装配过程中铆工劳动时长更长。
(a)激光划线装配过程 (b)安装模装配过程
图6 现场装配过程对比
4.3 制作成本对比
考虑到安装模的变形和重量,不宜采用太薄(易变形)或太厚(成本高且不易定位)的钢板,综合考虑常以3 mm钢板制作安装模。以神华HXD1型机车(朔黄)安装模为例,统计成本如表3所示。
阿里见阿东哭,便止住了自己的哭泣。他从未见过阿东哭,有些惊讶,也有些难过。他走过去,用手擦着阿东脸上的泪说:“你莫哭。我又要哭了。”说得阿东几乎想要号啕。
表3 安装模装配制作成本统计
项目原材料开板激光切割合计单价3.47元/kg400元/t3.23元/m/数量1060kg1.06t21.44m/成本(元)3678.2424692.54794.7
虽然激光划线工艺方法理论具有可行性,但仍需以实际应用对比分析、总结该工艺方法的合理性、经济性等。
HXD1型机车(朔黄)0010B节车使用激光划线安装小部件,制作参数如表4所示。
表4 激光划线制作参数统计
项目划线总长度激光划线速度划线总时间成本(元)参数97257mm2700mm/min36.02min12.6
对比表3、表4对比可知,平摊到每台车的安装模成本投入是激光划线成本投入的7.6倍,安装模制作成本更高。
4.4 总投入成本对比
综合数据,按车间铆工人工成本23元/h标准计算,得到每台车总投入成本如表5所示。
由表3可以看出,HPPA相对于GA和PPA而言,算法的精度和稳定性都有较大的提高,并且节约了求解时间,表明HPPA是一种有效的求解算法。随着作业规模的不断增大,HPPA相对于其他两种算法的求解精度和稳定性的优势不断扩大,优化效果更为明显,表明该算法更适用于求解大规模的调度优化问题。
表5 每台车总投入成本对比
方案辅助工序(元)装配工序(元)制作成本(元)合计(元)安装模41.417.695.9154.9激光划线6.928.812.648.3
由表5可知,综合对比可知,安装模工艺方法投入成本是激光划线工艺方法投入成本的3.2倍。
4.5 实例对比分析
结合HXD1型机车(朔黄)使用激光划线情况,对比安装模工艺方法,激光划线工艺方法具有如下几方面优点。
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1)投入成本低。安装模制作投入成本需154.9元/台,而激光划线仅需48.3元/台,故激光划线投入成本更低。
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2)可识别性高。安装模的槽口大于实际零件的大小,有错装的可能,而激光划线按照零件实际尺寸进行划线,且可以在零件四周进行划线标注,如零件号、零件特征等,可识别性高便于安装。激光划线现场应用如图7所示。
如图6所示,当故障发生在区段Z2,FI1正常上报故障信息,FI5误报故障信息,其他故障指示器均无故障信息上报。仍设每个区段发生故障的概率一样,λ取0.95,δ取0.1。
图7 激光划线现场应用
如果将安装坐标投影在地板上,或者直接将坐标位置刻划在地板上,也应该具有坐标定位的功能。结合底架地板采用激光切割下料这一特点,在激光切割下料地板时,运用激光划线技术于地板上刻化出配件位置同样具有可行性。
4)更改便捷。生产过程中发生设计变更时,下批次的零件下料时便可对激光划线进行变更。
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5)无安全隐患。激光划线避免了安装模吊运安全隐患,生产过程更加安全。
5 激光划线应用问题及改进方向
根据生产情况,具有如下几方面需考虑。
鬼子军官用手指了指周教授几个,又在空中划个圈儿,哇啦哇啦说了句什么,几个日本兵一齐弯腰嗨了声,哗啦啦散开站成一圈儿,用枪剌抵住周教授几个。
5.1 装配环境影响
1)人员走动频繁,导致地板污渍较多,影响装配(如图8所示)。后期可以考虑利用机辅料购置鞋套,要求班组在底架地板上穿戴鞋套。
1.2.2 短路故障 电力系统线路三相短路故障是电力系统最危险的故障类型,占总故障的5%~10%.利用Rotary Switch模块与Timed Fault Logic模块可搭建设置多种类型线路故障并控制故障时间.本文故障的起始时间和切除时间分别为2.0 s和2.2 s.
图8 地板污渍影响
2)激光划线的刻痕与地板色差小,存在装配漏项的可能。
3)焊后精整焊缝,影响周边的激光划线刻痕。
5.2 生产节拍影响
新车型试制时,由于设计图纸归档时间不一,往往底架地板图纸归档时间要早于辅助装置图纸归档时间,为满足生产进程需求,图纸归档后便要进行工艺准备机配件下料成形。下料时间的先后顺序会限制工艺准备时间。后期,合理安排下料时间点以实现地板下料和激光划线同时进行。
5.3 地板装配组焊精度影响
激光划线以原材料的边进行定位,后期地板装配组焊精度及焊接收缩变形将影响激光划线的装配精度,而安装模以组焊后底架地板的车体中心线进行定位,定位适应每台车的装配公差。将激光划线与安装模核对比较,定位上最大达到4 mm差别(如图9所示)。
图9 装配精度核对
根据现场跟踪,直接以划线位置装配的车辅类零件装配精度需求低,地板的装配、焊接变形公差对该类零件装配并无影响。装配精度相对较高的设备安装骨架,其装配方法本身只以划线位置为参考,装配时会再次核对尺寸装配,故地板的装配、焊接变形公差对该类零件装配也无影响。故总结来说,地板的装配、焊接变形公差对地板上小部件装配精度并无影响。
6 结语
经实践应用及对比分析总结得出,激光划线工艺方法虽然可以解决安装模工艺方法诸多缺点,且投入成本更低,具有可行性、合理性,但同时也存在一些自身的缺点。在实际应用中,针对激光划线的缺点仍需继续探究其有效可行措施予以解决,并考虑激光划线、手工划线、安装模三种工艺方法结合使用。