電動(dòng)客車電池托架平面度提升

張 磊, 劉合峰, 趙子龍, 程振明, 于俊嚴(yán)

(中通客車股份有限公司, 山東 聊城 252022)

動(dòng)力電池[1-3]是純電動(dòng)客車的關(guān)鍵部分,電池箱體則是動(dòng)力電池的載體[4-5]?，F(xiàn)階段有時(shí)存在電動(dòng)客車安裝完電池后出現(xiàn)殼體扭曲的現(xiàn)象[6],這不僅影響電池包殼體的美觀度,且嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍,后期客車在運(yùn)行過程中還容易導(dǎo)致電池包殼體撕裂,引發(fā)電池一系列的安全隱患,補(bǔ)救措施是通過增加墊片調(diào)整平面度。因此提升電池包殼體平面度非常必要。本文先通過現(xiàn)場排查及技術(shù)分析其產(chǎn)生原因,然后實(shí)施改善措施并進(jìn)行效果驗(yàn)證。

1 電池包殼體變形原因分析

目前,電動(dòng)客車動(dòng)力電池包殼體大多采用玻璃鋼[7-8]制作,電池槽鋼與電池包殼體采用螺栓進(jìn)行連接固定,如圖1所示。受電池包殼體材質(zhì)、單組電池槽鋼組件平面度、電池固定座受力不均勻因素影響,電池包殼體均受到不同程度變形,嚴(yán)重的會(huì)造成電池包殼體發(fā)生扭曲變形,必須通過增加墊片才能保證殼體平面度。由于經(jīng)過2次修校,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)節(jié)拍,并且增加墊片還影響電池包殼體美觀度。

通過分析現(xiàn)場殼體扭曲變形現(xiàn)象可知,電池槽鋼下料精度、格柵組件制作、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、施工方法、測量方法、胎具控制、轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝、電泳變形、裝配順序均對電池包殼體變形產(chǎn)生影響。

圖1 電池包殼體與地板骨架固定示意圖

1) 電池槽鋼下料。對電池槽鋼下料精度進(jìn)行現(xiàn)場抽查測量,抽取的3根槽鋼數(shù)據(jù)見表1。電池槽鋼折邊理論尺寸與實(shí)際尺寸偏差2～3 mm,與工藝要求“偏差<1 mm”不符。由于電池槽鋼采用銷軸進(jìn)行定位,尺寸偏差會(huì)直接影響電池槽鋼上平面的高度。

表1 槽鋼下料抽查數(shù)據(jù)

2) 格柵組件制作。由于電池槽鋼與格柵進(jìn)行連接,所以格柵上平面度及側(cè)面直線度會(huì)直接影響電池槽鋼的焊接精度。現(xiàn)場測量得出的數(shù)據(jù)見表2。由表2可知,關(guān)鍵格柵平面度與垂直度均≥2 mm,與工藝要求“偏差<2 mm”不符,由于電池槽鋼上沿與格柵上沿平齊,所以格柵平面度與垂直度超差會(huì)直接影響電池槽鋼的平面度。

表2 格柵測量數(shù)據(jù)

3) 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。該電動(dòng)客車的電池槽鋼被格柵上平面型鋼分為兩部分,并且為懸空狀態(tài),如圖2(a)所示,電池槽鋼焊接中需控制直線度、上平面度、前后銷孔間距,控制點(diǎn)較多。焊接完成后,端部的焊接變形較大,導(dǎo)致電池槽鋼高度不一致。

電池艙板只有裝配孔,無塞焊孔,艙板與槽鋼焊接時(shí)中間容易發(fā)生鼓包,造成電池艙板平面度超差。

電池艙板未能將電池槽鋼全面覆蓋,造成同組電池包不同裝配孔存在高度差,如圖2(b)所示。

4) 施工方法。電池槽鋼點(diǎn)焊時(shí)未使用直線樣板進(jìn)行平面度測量,造成同組電池槽鋼局部超差,后期在校驗(yàn)工位平面度超差處采用錘擊進(jìn)行調(diào)平,造成局部凸起,影響同組電池槽鋼平面度。

5) 測量方法。校驗(yàn)電池槽鋼平面度時(shí)僅采用1.1 m直線樣板進(jìn)行目測,而未采用專用塞尺進(jìn)行測量,導(dǎo)致測量數(shù)值不準(zhǔn)確。

6) 胎具控制。控制胎具主要協(xié)助施工人員在電池槽鋼焊接過程中控制同組電池槽鋼孔距,保證孔距<1 mm,保證同組電池槽鋼孔距<2 mm,平面度<2 mm。

檢驗(yàn)胎的銷軸與裝配孔貼合只能檢測裝配孔的平面度,無法檢驗(yàn)同組電池槽鋼平面度,存在檢驗(yàn)缺陷。

7) 吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)。車架在吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)過程中,行車在車架中段位置(如圖3所示),由于車架受力不均造成局部發(fā)生扭曲變形,使得已調(diào)形好的車架平面度超差,造成電池槽鋼局部變形。

圖3 工藝撐桿及吊裝位置

8) 電泳變形。電池槽鋼上面附有電池艙板,電池艙板周邊與型鋼搭接處封角焊15～20 mm,中間位置按照焊縫長度8～10 mm、焊縫間距80～100 mm進(jìn)行焊接,固定孔處均勻點(diǎn)焊3個(gè)焊點(diǎn),電池艙板與電池槽鋼中間部位無焊點(diǎn)處于懸空狀態(tài),在電泳過程中電池艙板中間部位因“熱脹冷縮”而發(fā)生鼓包,造成電池艙板平面度超差。

9) 裝配順序。1個(gè)電池包有6個(gè)安裝孔,電池螺栓采用對角緊固方式,先預(yù)緊、后打緊,施工人員需在車底進(jìn)行安裝,施工空間狹小,緊固過程中無法查看電池包殼體表面變形量,殼體具體變形量不易測量,只能肉眼識(shí)別。

2 優(yōu)化措施及效果

1) 電池槽鋼下料精度提升。通過現(xiàn)場宣貫電池槽鋼下料對電池包殼體平面度影響,嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行下料,保證電池槽鋼尺寸。

2) 格柵組件制作精度提升。對胎具定位進(jìn)行優(yōu)化,在型鋼端部采用雙定位卡塊,可滿足高度定位要求,格柵點(diǎn)焊完成后,在工裝胎具點(diǎn)焊撐桿防止格柵變形。

3) 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。將拼接的電池槽鋼優(yōu)化為通根槽鋼,如圖4(a)所示,并且將通根槽鋼及型鋼組件化,減少拼焊造成的焊接變形;并在電池艙板裝配孔前、后及裝配孔之間按照直徑6 mm、間距150～180 mm進(jìn)行開塞焊孔,如圖4(b)所示,增加電池艙板與槽鋼固定面積,從而減少電泳變形。

4) 提升員工操作技能。統(tǒng)計(jì)員工技能等級(jí)并進(jìn)行技能培訓(xùn),保證施工人員熟練掌握焊接技能、防焊接變形技巧。要求焊接電池槽鋼時(shí),縱梁型鋼不得高于槽鋼上平面;點(diǎn)焊槽鋼時(shí)用直線樣板比對,防止平面度超差。槽鋼前后接頭處翼面焊縫內(nèi)外采用滿焊,腹面焊縫要求內(nèi)面滿焊。若出現(xiàn)與槽鋼并行方向有型鋼件且間隙不滿足焊接條件(10 mm≤槽鋼與型鋼并行間隙≤15 mm)的情況,槽鋼與型鋼端部的縫隙處按照焊縫長度10 mm進(jìn)行焊接;若并行間隙≤8 mm,槽鋼與型鋼端部連接位置按照焊縫長度30 mm進(jìn)行焊接;焊接電池艙板時(shí),艙板與骨架盡可能完全貼合,艙板周邊與骨架搭接處封角焊15～20 mm,中間位置按照焊縫長度8～10 mm、焊縫間距80～100 mm進(jìn)行焊接,固定孔處均勻點(diǎn)焊3個(gè)焊點(diǎn),并磨平。

5) 規(guī)范測量方法。電池槽鋼測量要求：電池槽鋼焊接完成后,采用1.1 m直線樣板作為測量工具,測量時(shí)要同時(shí)兼顧對角方向及電池裝入/裝出方向,平面度差≤2 mm,使用電池槽鋼檢驗(yàn)胎檢驗(yàn)同組電池槽鋼(1個(gè)電池包安裝平面由3根電池槽鋼組成,即同組電池槽鋼)安裝孔平面度,平面度差≤2 mm。

電池艙板測量要求：電池艙板與固定孔及塞焊孔處槽鋼貼合間隙≤0.5 mm,采用1.1 m直線樣板作為測量工具,平面度差≤3 mm。

6) 優(yōu)化撐桿結(jié)構(gòu)：一是優(yōu)化車架工藝撐桿點(diǎn)焊方式,將倒“V”形優(yōu)化為“π”形,增加車架點(diǎn)后連接點(diǎn)強(qiáng)度,如圖5(a)所示;二是在外端開放結(jié)構(gòu)的后高地板調(diào)形完成后,在格柵內(nèi)側(cè)點(diǎn)焊工藝撐桿(如圖5(b)所示),防止在運(yùn)輸及合車過程中產(chǎn)生變形,合車后由合車人員拆除(采用角磨機(jī)去除,嚴(yán)禁錘擊)。

在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)采用雙行車同時(shí)吊裝車架前段及后段,保持車架受力平衡,減少吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)變形。

(a) “π”形工藝撐桿及吊裝位置

(b) 外端開放結(jié)構(gòu)點(diǎn)焊工藝撐桿

7) 優(yōu)化裝配順序。嚴(yán)格按照施工流程對電池包進(jìn)行安裝：首先用叉車將電池包推入后艙內(nèi),使動(dòng)力電池包對應(yīng)車身安裝孔位放置,調(diào)整電池包位置確保電池包安裝孔與車身安裝孔相對應(yīng)。然后在10.9級(jí)M12的螺栓與螺母結(jié)合處涂抹不少于3個(gè)螺紋的243中強(qiáng)度螺紋鎖固膠,分別加直徑12 mm彈墊、電池包專用固定平墊后將螺栓由上到下穿入通用孔內(nèi),用氣動(dòng)扳手采用對角緊固方式將電池包與6個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行緊固,緊固力矩為(80±5)N·m,緊固完畢后點(diǎn)紅漆確認(rèn)。

安裝電池包時(shí)注意觀察艙內(nèi)部件、支架等結(jié)構(gòu),確保電池安裝空間足夠,安裝過程中嚴(yán)禁暴力施工,避免電池包殼體損壞,安裝完畢后檢查箱體及配件結(jié)構(gòu)是否損壞。

8) 效果驗(yàn)證。對2022年1月至5月投產(chǎn)的328輛電動(dòng)客車的電池包殼體平面度合格數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),情況如下：LCK6106EVGA2車型合格率由56.0%提升至83.68%,LCK6126EVGRA1車型合格率由61.12%提升至86.95%。

3 結(jié)束語

通過技術(shù)提升、工藝優(yōu)化、生產(chǎn)控制、質(zhì)量管控等措施,實(shí)施電池槽鋼下料精度、格柵組件制作、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、施工方法、測量方法、胎具控制、轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝、電泳變形、裝配順序9個(gè)階段的優(yōu)化提升,LCK6106EVGA2和LCK6126EVGRA1車型的電池包殼體平面度一次性合格率都有較大提升,減少后續(xù)修校提高生產(chǎn)節(jié)拍,保證電池安全性和美觀性,提升產(chǎn)品質(zhì)量。