一種總裝車間底盤裝配線吊具的設計

蘇曉宇

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545000)

0 引言

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年5月新能源汽車產(chǎn)銷雙雙超過90萬輛，分別達到96.7萬輛和95.0萬輛，同比均增長2.2倍[1]。新能源車銷量快速增加，燃油車增速在放緩[2]，汽車生產(chǎn)企業(yè)在滿足燃油車產(chǎn)能的同時，需要考慮如何快速提升新能源車型的產(chǎn)能需求。由于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池、底盤結(jié)構(gòu)與燃油車相差很大，且電動車行業(yè)處于起步狀態(tài)，很多車企從小型電動車開始研發(fā)，導致現(xiàn)有的燃油車汽車生產(chǎn)系統(tǒng)不兼容，需要對生產(chǎn)輸送系統(tǒng)進行升級改造。從節(jié)約成本、提升效率的角度考慮，最有效的辦法就是把新能源車導入現(xiàn)有的燃油車生產(chǎn)線。但是新能源車的底盤裝配工藝結(jié)構(gòu)與燃油車相差較大[3]，傳統(tǒng)吊具不能兼容。因此，本文設計出一種能滿足不同軸距的車型共線生產(chǎn)的底盤裝配線柔性吊具，成為實現(xiàn)傳統(tǒng)燃油車裝配輸送系統(tǒng)兼容新能源車的關鍵所在。

1 傳統(tǒng)吊具結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)底盤線吊具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)底盤線吊具結(jié)構(gòu)

總裝車間的生產(chǎn)線一般分為內(nèi)飾線、底盤線和最終線。底盤裝配線作為零部件安裝最復雜的線體，承接著底盤動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力電池等大零部件的安裝，對底盤吊具的支撐位置有明確的要求。傳統(tǒng)的底盤線吊具為L型結(jié)構(gòu)，由浮動框架、承載框架、吊臂、承載橫梁、支撐塊組成。

車身放置在承載橫梁兩端的支撐塊上，通過浮動框架接入輸送線軌道。承載橫梁焊接在吊臂上。吊臂的旋轉(zhuǎn)軸與承載框架的帶座軸承連接，通過吊臂的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)車身的交接上下線。承載框架的連軸安裝在浮動框架的連接結(jié)構(gòu)件上，在輸送線的運行過程中，前后連接軸可沿垂直方向移動，并與行走輪配合，防止車身在坡段輸送過程中出現(xiàn)傾斜。其中承載橫梁為一體式設計，由于支撐間距無法調(diào)整，長軸距和短軸距車型共線生產(chǎn)時，動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和動力電池等零部件的裝配空間受到限制，不能兼容長短軸距車型共線生產(chǎn)。

2 柔性吊具結(jié)構(gòu)

為滿足兼容不同軸距的車型共線生產(chǎn)需求，文中設計了一種柔性底盤裝配線吊具。該設計將底盤裝配線吊具劃分為主體結(jié)構(gòu)與承載結(jié)構(gòu)，并將承載結(jié)構(gòu)設計為可伸縮機構(gòu)，其主要的設計原理如下文。

2.1 吊具主體結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)吊具結(jié)構(gòu)類似，設計的吊具主體結(jié)構(gòu)包括浮動框架、承載框架、吊臂、承載橫梁，主體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)吊具保持一致，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 吊具主體結(jié)構(gòu)

2.2 吊具承載結(jié)構(gòu)

承載橫梁采用分段式設計，將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固定式承載橫梁設計為固定梁和移動梁。固定梁通過連接板與吊臂螺栓連接，移動梁通過直線軸承和軌道與固定梁連接，前支撐塊位于固定梁上，后支撐塊位于移動梁上，通過連接在固定梁上的軌道和移動梁上的直線軸承實現(xiàn)固定梁和移動梁的移動功能，從而實現(xiàn)底盤吊具支撐位置軸距可變功能,具體如圖3所示。

圖3 吊具承載橫梁

在固定臂的外側(cè)，設置扭簧式鎖緊機構(gòu)，用于鎖緊固定橫梁和移動橫梁。移動橫梁安裝定位用邊板，根據(jù)不同車型的軸距長度在邊板處設計對應的卡槽位置，通過扭簧鎖緊機構(gòu)鎖緊，并配和鎖緊機構(gòu)自動打開裝置和吊具切換機構(gòu)的撥桿機構(gòu)，可以實現(xiàn)移動橫梁位置的自動切換和鎖緊，滿足各種不同軸距車型的支撐位置需求。

2.3 結(jié)構(gòu)對比

底盤裝配線柔性吊具設計原則是不改變現(xiàn)有的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，設計中保留了吊具主體結(jié)構(gòu)、行走機構(gòu)和浮動機構(gòu)，節(jié)約了改造時間和改造成本。承載梁采用了分段設計，與傳統(tǒng)固定式承載梁相比，實現(xiàn)了底盤吊具后支撐位置可調(diào)。此設計方案中，底盤裝配線吊具改造前支撐位置間距1 270 mm，設計成伸縮支撐后，支撐位置可調(diào)節(jié)范圍為640～1 270 mm，可滿足不同軸距的車型共線生產(chǎn)需求。

3 柔性吊具的仿真受力分析

3.1 載荷

吊具結(jié)構(gòu)設計過程中需要考慮的主要載荷如下：以某主機廠生產(chǎn)的質(zhì)量最大的車型為例，滿載質(zhì)量為1.5 t，安全系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗設置為1.1，將吊具承受的力平均分配至吊具的4個支撐腳上，方向沿著Z方向。因此，每個支撐腳在支撐面上沿Z方向均布施加力的大小為4 100 N。同時，假定在運輸過程中，旋轉(zhuǎn)軸與帶座軸承相對位移保持不變，約束與浮動框架連接處的6個自由度，左右對稱設置。

3.2 工況分析

根據(jù)工程經(jīng)驗，底盤輸送線的吊具在輸送車身的過程中，主要存在開裂的風險。因此，需要通過仿真分析計算，評估吊具在輸送車身的過程中，吊具的許用應力值大小是否滿足使用要求。

3.3 吊具的許用應力

在強度計算中，用材料的屈服極限除以安全系數(shù)，所得結(jié)果稱為許用應力，用[σ]來表示[4]。所設計的吊具采用的材料為Q235，對應的屈服極限為235 MPa，校核安全系數(shù)取1.1，則許用應力為213.6 MPa。

3.4 模型簡化

由于本文設計的柔性吊具是左右完全對稱的，因此在仿真分析時只需要建立左側(cè)的模型即可。

3.5 計算模型

采用Hypermesh建立模型，由于零件厚度較大，網(wǎng)格統(tǒng)一采用3D單元四面體進行模擬，大小標準為4 mm，如圖4所示。仿真模型建立完成后，采用Nasrtan軟件進行應力計算分析，并在Hyperview后處理器中查看仿真分析結(jié)果。

圖4 仿真模型示意

3.6 仿真結(jié)果分析

根據(jù)力矩公式，當柔性吊具的支持軸距伸出到最大極限位置時，吊具承受的應力值最大。因此，取支撐最大軸距時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行強度應力仿真分析。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 仿真結(jié)果

由圖5的仿真結(jié)果可以看出，最大應力值出現(xiàn)在連接彎臂與承載框架搭接處，其應力值為194 MPa,小于許可的應力值211.5 MPa。因此，本文設計的柔性吊具滿足強度性能要求,不存在開裂的風險，設計滿足工程使用要求。

4 結(jié)論

(1)設計了一種底盤裝配線吊具，通過分段式承載橫梁設計，實現(xiàn)了支撐塊位置可調(diào)；

(2)與傳統(tǒng)吊具相比，文中設計的吊具柔性高，可滿足不同軸距的車型共線生產(chǎn)需求；

(3)所設計的吊具改造難度小，安裝速度快，節(jié)約生產(chǎn)線的改造成本。