整車模塊化預組裝工藝技術在100%低地板有軌電車上的應用

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部，130062，長春//第一作者，高級工程師)

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構布置在固定的裝配工位，完成約100道復雜的裝配工序后，將裝配完工的車體與轉向架連接，進行整組車的編組連掛。由于大量焊接導致車體變形較大，對車輛內(nèi)飾的整體配合效果會產(chǎn)生一定的影響。另外，由于各道工序關聯(lián)性較強，又受到施工空間限制，只能按照司機室、車頂、客室、車下、車端依次進行施工，導致車輛的裝配周期較長。

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

1 整車模塊化預組裝工藝技術

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

2 整車模塊化預組裝工藝技術的特點

1) 生產(chǎn)周期:通過將原工序串行的裝配生產(chǎn)模式轉變?yōu)楦黝A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) 車體材質選擇:車體各模塊采用螺栓和鉚釘進行連接，可根據(jù)結構和性能需求選取更合適的材質。例如，車體采用輕量化的鋁合金作為主體材質的同時，承載較大的動車底架可采用不銹鋼材質。

3) 施工工藝性:車體各模塊之間采用鉚接的連接結構取代常規(guī)車體大部件總組成焊接結構，能夠合理消除因焊接變形導致的生產(chǎn)制造誤差，提高整車裝配精度。但鉚接孔需要進行配鉆，這對生產(chǎn)效率及工作強度有一定影響。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險，因此需要嚴格控制鉚接施工質量。

4) 維修維護:車體各模塊相對獨立且便于維護和更換。例如司機室模塊損壞，可獨立進行拆卸和更換，縮短了修復時間。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。

3 應用案例

整車模塊化預組裝工藝技術已經(jīng)在成都100%低地板有軌電車項目成功應用，實現(xiàn)了部件預組—車體合成—單車裝配—車輛編組的模塊化裝配工藝過程。

模塊化預組裝工藝主要分為司機室預組、側墻預組、車頂預組、底架預組、車體合成、單車組裝和模塊化落車連掛7個部分。下面分別介紹各部分的工藝流程及技術要點。

3. 1 司機室預組

司機室預組通過3個臺位的流水線組裝，完成17個子工序裝配,如圖1所示。

圖1 司機室模塊預組工藝流程

常規(guī)司機室結構包含整體鋼骨架和玻璃鋼頭罩，而模塊化司機室取消了整體鋼骨架，僅設置鋼底架。玻璃鋼頭罩內(nèi)部布設司機室內(nèi)飾，鋼底架和玻璃鋼頭罩通過螺栓固定在司機室端墻上。由于司機室端墻板自身無法承載鋼底架和玻璃鋼頭罩的質量，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支撐裝置，待合成后再進行拆除。

在預組臺位2,利用翻轉裝置將司機室頭部翻轉90°，使得擋風玻璃可以在水平方向進行粘接和固化，這充分保證了膠縫施膠及均勻固化，進而提高了膠縫結構強度。

粘接過程中，利用玻璃吸盤吊運擋風玻璃，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，能夠避免應力集中造成玻璃損壞的風險，進一步保證了膠縫強度的均勻性。

3. 2 側墻預組

側墻預組包含4種側墻結構的預組裝，分別為單扇門門框預組、雙扇門門框預組、端立柱預組及窗立柱預組。

低地板車型的側墻結構較為簡單，但側墻之間對角線的尺寸將影響車門、車窗功能部件的裝配質量，因此側墻預組裝配精度要求較高，需要在具有卡具的專用預組臺位完成側墻立柱的拼裝和鉚接。

3. 3 車頂預組

車頂預組包含車頂反裝和車頂正裝2個工藝過程(見圖2)。

圖2 車頂預組工藝流程

通過工裝將車頂翻轉來實現(xiàn)車頂正反兩面的裝配，在車頂鋁結構的滑槽內(nèi)預埋工藝吊裝滑塊，來實現(xiàn)車頂預組模塊的吊運和翻轉。

3. 4 底架預組

根據(jù)結構上的需要，帶轉向架的動車底架采用鋼底架，不帶轉向架的懸浮車底架采用鋁底架，制動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2道工序(見圖3)。

圖3 底架預組工藝流程

低地板車輛通常采用液壓制動系統(tǒng)，制動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。鋼底架預組包含如下工序(見圖4)。

圖4 鋼底架預組工藝流程

3. 5 車體合成

車體合成工藝順序為底架、側墻、車頂及端墻/司機室。

車體合成是整個車輛裝配的關鍵，如車體合成的尺寸未得到有效控制，則各預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整，保證如下關鍵控制項目：①車體門口與窗口對角線的控制；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車體對角線的控制。

車體合成工序必須在專用的合成工位進行裝配，工位設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。車體對角線調整方案為：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；將總組成臺位兩側的調整裝置插入側墻立柱的開口，利用調整裝置調整車體對角線尺寸，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。

為保證車體整體強度可靠，側墻立柱、車頂及底架均采用螺栓和高強度huck鉚釘結合的方式連接。通過螺栓進行鉚接前定位，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臺車有近200個鉚接孔。鉚接孔的合理設置是提高施工效率和保證產(chǎn)品可靠性的關鍵。

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

2) 鋁車頂、鋁型材側墻立柱及鋁底架均現(xiàn)車開孔。采用自動進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量，大大降低施工作業(yè)勞動強度，同時可提高施工效率4倍以上。

3) 車體側墻、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量，并將其作為關鍵過程進行管控。

預組后的司機室模塊、車頂模塊、側墻模塊及底架模塊均采用螺栓連接方式。因此，將司機室模塊放置在專用升降平臺，高度方向通過平臺調整，縱向和橫向通過平臺上的滾珠移動司機室模塊位置，從而保證所有連接螺栓均可以對正連接。

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組時不易安裝的部件。常規(guī)低地板車輛通過底架位置的起吊座進行吊運，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的滑槽結構進行吊運，吊運的滑塊在車體合成之前預埋在車頂滑槽內(nèi)。

帶司機室的動車由于重心靠近司機室端，需通過計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，需按照計算的重心位置在每臺車頂安裝4個吊裝座，且每個吊裝座與預埋的吊運滑塊進行連接。

3. 7 模塊化落車連掛

單車裝配完工后，需要進行車體與轉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量分布，因此在落車連掛時需重點控制如下方面。

3. 7. 1 落車連掛順序

由于低地板車輛結構的特殊性，需要采取模塊化的落車順序，并通過1套架車機及輔助工裝來實現(xiàn)5臺車體與3臺動車轉向架的連接，具體工藝流程(見圖5)如下：①司機室動車(M1)與轉向架連接；②中間動車(NP)與轉向架連接③中間懸浮車(C1)與司機室動車M1車及中間動車NP車連接；④司機室動車(M2)與轉向架連接；⑤中間懸浮車(C2)車與中間動車(NP)連接。

圖5 落車工藝流程示意圖

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

3. 7. 2 車體與轉向架對中調整

在車體與轉向架連接前，通過測量找正車體縱向中心線與轉向架中心線的位置，使架車機承載車體水平下落，并利用架車機微量調整車體使之與轉向架中心線偏差控制在±2 mm以內(nèi)，從而避免因轉向架兩側二系鋼簧壓力不一致導致的車輛側偏問題。

3. 7. 3 車體間距一致性調整

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

4 結語

整車模塊化預組裝技術在100%低地板有軌電車上的成功應用是車輛設計和制造工藝深度融合的產(chǎn)物。利用整車模塊化預組裝技術，建立一條可高效運行的從部件預組到編組連掛的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全新的組裝技術方案，其應用經(jīng)驗可在城市軌道交通制造行業(yè)內(nèi)進行推廣。