鐵路平車車體生產(chǎn)線工藝研究

李曉月， 付國華， 張麗

（1.南車二七車輛有限公司，北京100072；2.山東華櫻軌道裝備有限公司，山東 德州251100）

0 引言

南車二七車輛有限公司在N系列平車、NX系列共用車、集裝箱專用車等平車類車輛生產(chǎn)方面，有二十多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。然而，由于平車在鐵路貨車數(shù)量所占比例較低，年生產(chǎn)數(shù)量較少。所以，長期以來平車類車體生產(chǎn)工藝裝備相對落后，勞動強(qiáng)度大、工作效率低，頻繁使用天車吊運(yùn)具有一定的安全隱患，產(chǎn)品質(zhì)量也不夠穩(wěn)定。而自2004年起，各個鐵路公司已經(jīng)相繼建設(shè)了敞車車體生產(chǎn)流水線。機(jī)械化、自動化、模塊化、現(xiàn)代化的工藝裝備是發(fā)展的必然趨勢。因此，2007年公司組織編制了平車車體生產(chǎn)線建線方案。并于2008年初先后完成了平車中梁流水線、側(cè)梁流水線、底架組裝胎等設(shè)備的招標(biāo)工作。該生產(chǎn)線于2009年初建成并投入使用。生產(chǎn)線的建立及使用，標(biāo)志著南車二七車輛有限公司的平車車體生產(chǎn)工藝達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 建線前平車車體生產(chǎn)工藝裝備需要改進(jìn)的方面

1.1 工藝裝備落后

公司雖然有著二十幾年的平車生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但車體生產(chǎn)用的裝備多為半自動化，如圖1、圖2所示。工藝裝備柔性差，生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，很難適應(yīng)高速、重載、小批量、多品種的市場需求。

圖1 魚腹自動切割小車

圖2 中、側(cè)梁調(diào)校胎

1.2 天車作業(yè)頻繁、存在安全隱患

在平車的生產(chǎn)制造過程中，魚腹型中、側(cè)梁的生產(chǎn)工序相對較長，天車的工作量很大，各工序?qū)μ燔嚨囊蕾囆詮?qiáng)，生產(chǎn)效率低。且天車頻繁吊運(yùn)中、側(cè)梁等長大貨物，生產(chǎn)安全性較差。

1.3 設(shè)備頻繁轉(zhuǎn)運(yùn)，維護(hù)費(fèi)用較高

公司每年需要轉(zhuǎn)產(chǎn)2～4次，由于工裝設(shè)備柔性差，占用的場地面積大，需要從廠房內(nèi)移出，造成設(shè)備液壓元件的損壞頻繁，給裝備的維護(hù)保養(yǎng)帶來了很多困難。生產(chǎn)平車車體每次轉(zhuǎn)產(chǎn)的費(fèi)用達(dá)到17萬元。按每年進(jìn)行2次轉(zhuǎn)產(chǎn)計算，每年需要34萬元的轉(zhuǎn)產(chǎn)費(fèi)用。

2 平車車體生產(chǎn)線建設(shè)的方案目標(biāo)

在綜合考慮公司鐵路貨車生產(chǎn)的市場份額、公司的整體布局、平車車體生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)等方面后，確定了以下方案目標(biāo)：

2.1 工藝目標(biāo)

1）H型鋼中梁平車、集裝箱車的生產(chǎn)具備相對穩(wěn)定的作業(yè)場地和生產(chǎn)車間，按照專業(yè)化工藝組織生產(chǎn)。

2）H型鋼中側(cè)梁生產(chǎn)及組裝采用流水線作業(yè)方式，降低天車的作業(yè)頻次。

3）底架組裝采用適度模塊化、具有定位功能的平車類通用底架組裝胎，以適應(yīng)不同車型的生產(chǎn)，同時提高產(chǎn)品組裝精度。

4）平車、集裝箱車生產(chǎn)按照節(jié)拍化進(jìn)行設(shè)計和組織生產(chǎn)，工藝達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，適應(yīng)貨車未來發(fā)展方向。

2.2 產(chǎn)能目標(biāo)

新造NX系列、DL1型大噸位預(yù)制梁專用車等中梁、側(cè)梁均為H型鋼的平車，產(chǎn)能目標(biāo)為日產(chǎn)10輛份。X6K型集裝箱專用車等中梁為H型鋼，側(cè)梁為槽型鋼的平車產(chǎn)能目標(biāo)為日產(chǎn)14輛份。

2.3 安全、環(huán)保目標(biāo)

降低長大貨物的天車吊運(yùn)次數(shù)，減少廠內(nèi)配件轉(zhuǎn)運(yùn)距離，保障生產(chǎn)安全；符合安全、環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 平車車體生產(chǎn)線的工位設(shè)計

將平車車體生產(chǎn)線按照模塊化理念劃分為中梁模塊、側(cè)梁模塊、底架模塊、鎖閉裝置模塊。并根據(jù)生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)節(jié)拍，進(jìn)行各模塊的工位設(shè)計。

將平車中梁生產(chǎn)線劃分為16個工位，側(cè)梁生產(chǎn)線劃分為4個工位，底架組裝流水線劃分為3個工位，集裝箱鎖閉裝置生產(chǎn)線劃分為6個工位。以流水式作業(yè)組織生產(chǎn)，鉚工、焊工分開作業(yè)，減少平行作業(yè)所需的裝備數(shù)量和人員數(shù)量，以便提升生產(chǎn)效率。

4 平車車體生產(chǎn)線的技術(shù)特征

該生產(chǎn)線具有符合精益生產(chǎn)設(shè)計理念、流水式作業(yè)方式、設(shè)備自動化程度高、設(shè)備結(jié)構(gòu)柔性好、生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)等五大特征。

4.1 符合精益生產(chǎn)設(shè)計理念

平車車體生產(chǎn)線的建設(shè)在組織實(shí)施方面和實(shí)施效果方面均滿足精益生產(chǎn)的制造要求。

生產(chǎn)線的建設(shè)過程為：調(diào)查診斷→工藝分析→查定生產(chǎn)能力→制定生產(chǎn)節(jié)拍→能力平衡→合理調(diào)整平面布置→設(shè)備改造→編制新工藝。生產(chǎn)線采用“一個流”的生產(chǎn)方式，符合拉動式生產(chǎn)要求。

4.2 采用流水式作業(yè)方式

生產(chǎn)線采用流水式作業(yè)方式，取締了多臺位并行的生產(chǎn)模式。通過完善工藝裝備、合理劃分各工位的工作內(nèi)容、完善瓶頸工序的生產(chǎn)工藝等方式平衡了各工位的生產(chǎn)節(jié)拍，保證流水作業(yè)能夠正常有序地進(jìn)行。以底架組裝工序?yàn)槔簩⒌准芙M裝工序設(shè)計為流水線組裝方式，鉚工、焊工分開作業(yè)，大幅提升了生產(chǎn)效率。按照單班日產(chǎn)8輛份計算，底架組裝工序由以前所需的24人降低到16人。

4.3 設(shè)備自動化程度高

中、側(cè)梁生產(chǎn)線上主要采用輥道傳輸方式及自動翻轉(zhuǎn)方式，改變了傳統(tǒng)的一味依賴天車的作業(yè)模式。平車中梁生產(chǎn)線共16個工位，10個工位間采用輥道傳輸?shù)姆绞剑?個工位具備自動翻轉(zhuǎn)功能。按每班次生產(chǎn)8臺份的中、側(cè)梁計算，每班次可減少天車使用500余次，有效地降低了天車的使用頻率，縮短了工序間的等待時間，提高了生產(chǎn)效率，消除了安全隱患。

中梁生產(chǎn)線上配備了魚腹數(shù)控切割機(jī)、翼面數(shù)控切割機(jī)等設(shè)備，當(dāng)生產(chǎn)不同型號的中梁時，僅需要選中已保存的切割數(shù)據(jù)即可完成切割任務(wù)，不再需要人工劃線、反復(fù)調(diào)整切割小車的切割角度等工作。提高了切割的準(zhǔn)確性，保證了切割的一致性。

4.4 設(shè)備結(jié)構(gòu)柔性好

平車中、側(cè)梁生產(chǎn)線能夠適應(yīng)12～16 m長的中側(cè)梁生產(chǎn)。在中梁生產(chǎn)線上可以交替完成同一車型的中、側(cè)梁魚腹制備工作。底架組裝胎可適應(yīng)12～25 m的車型生產(chǎn)。所有的定位、夾緊機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同車型需要，隨時增減相應(yīng)的專用模塊。

4.5 生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)

1）魚腹切割采用數(shù)控切割技術(shù)。按照需要將拐點(diǎn)部位切割為壓型所需的曲線半徑，保證壓型后為密貼狀態(tài)，進(jìn)一步保證了魚腹焊縫的質(zhì)量，如圖3所示。

2）中梁下翼面切割采用數(shù)控切割技術(shù)。切割時一次成型，拐點(diǎn)部位為圓弧過渡，保證了后從板座等應(yīng)力集中部位的切割角度及切割質(zhì)量，如圖4所示。該切割技術(shù)極大地提升了切割質(zhì)量，避免了手工切割后再使用碳弧氣刨工藝進(jìn)行二次加工帶來的環(huán)境污染，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 壓型后的中梁魚腹

圖4 數(shù)控切割后的中梁翼面

3）配備魚腹焊縫銑削設(shè)備來代替原有的碳弧氣刨工藝方法，降低了對中梁腹板的熱輸入量，減小了中梁腹板的變形量，保證了中梁腹板平面度。同時，此工藝方法減少了碳弧氣刨造成的煙塵排放，改善了作業(yè)環(huán)境，如圖5所示。

圖5 魚腹焊縫整理工位圖

圖6 中側(cè)梁校調(diào)工位圖

4）中側(cè)梁調(diào)校工位具備中梁自動翻轉(zhuǎn)功能，可以多方位調(diào)整中、側(cè)梁狀態(tài)。多組超聲波探頭組成的幾何尺寸檢測裝置，在調(diào)校進(jìn)行中實(shí)現(xiàn)動態(tài)檢測，調(diào)整完成后將中梁最終幾何尺寸的質(zhì)量記錄輸出，如圖6所示。

5）鉆側(cè)梁上翼面、下翼面及腹板孔時，側(cè)梁生產(chǎn)線可以自動完成側(cè)梁的翻轉(zhuǎn)及傳輸，如圖7所示。

圖7 側(cè)梁鉆孔工位圖

6）底架組裝工序采用模塊化組裝工藝。將兩中央大橫梁、鎖座順梁等零件組裝在一起，作為一個工藝部件。該工藝部件的合理劃分，不僅便于操作，而且能夠較好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕了底架組裝工序的工作量，提高了底架組裝工序的生產(chǎn)效率，如圖8、圖9所示。

圖8 中央大橫梁小組焊工位圖

圖9 底架組裝工位圖

7）在端門組成及鎖閉裝置組裝完成后，增加了端門及鎖閉裝置翻轉(zhuǎn)焊接工序。在轉(zhuǎn)胎上，采取平位置焊接端門支架與端梁的垂向焊縫、鎖閉裝置與鎖座墊板之間的焊縫，提高了產(chǎn)品焊接的可靠性，如圖10所示。

圖10 鎖閉轉(zhuǎn)胎工位圖

5結(jié)語

公司平車車體生產(chǎn)線的建設(shè)，開創(chuàng)了平車車體生產(chǎn)工藝改造的先河。在設(shè)計理念方面，符合工位制節(jié)拍化生產(chǎn)的設(shè)計要求；在制造工藝方面，采用了國內(nèi)先進(jìn)的工藝技術(shù)；在控制要點(diǎn)方面，充分結(jié)合了平車生產(chǎn)制造過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，采取了有效的控制措施；在安全環(huán)保方面，采用了自動化的轉(zhuǎn)序方式和加工手段，有效改善了勞動者的作業(yè)環(huán)境。整條生產(chǎn)線的建設(shè)能夠適應(yīng)市場發(fā)展趨勢，在國內(nèi)同行業(yè)中屬于領(lǐng)先水平。為平車車體生產(chǎn)工藝及工藝裝備的進(jìn)一步改進(jìn)奠定基礎(chǔ)，為車輛的運(yùn)行安全提供保證。

［1］ 李孟福，李曉月，趙永軍.NX70A型共用平車車體制造工藝研究［J］.鐵道車輛，2013（3）：17-20，45.