重型卡车转向系统分装的工装设计与运用

2018-12-28高佳宇李璋靓

汽车实用技术 2018年23期

高佳宇，李璋靓

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

引言

近些年随着经济的发展以及科学技术、生产能力与水平的提高，在市场竞争的推动下，重型卡车的性能与结构都在逐年的提高中。以前卡车注重点在于动力性、经济型以及可靠性等方面，九十年代后则注重环保性、安全性以及舒适性的提高。这对重卡生产企业来说是机遇，更是挑战。

汽车转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转弯运动状态，或者使上述两种运动状态相互转换。

当汽车需要改变行驶方向时，必须使转向轮绕主销轴线偏转一定角度，直到新的行驶方向符合驾驶员的要求时，再将转向轮恢复到直线行驶位置。这种由驾驶员操纵，转向轮偏转和回位的一整套机构，称为汽车转向系统。其功用可简单描述为按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。转向系统可分类为：机械转向系统：完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统;动力转向系统：借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统、电动助力动力转向系统以及气压动力转向系统。

图1 机械转向系统结构

图2 动力转向系统结构

转向操纵机构是由从转向盘到转向传动轴这一系列零部件组成，主要有转向盘、转向轴、转向轴轴承和转向柱管等部件构成。转向管柱关键技术要求：轴向间隙试验：在转向轴中间位置纵向施加±40N载荷，加载速度为（5±0.1）mm/min，转向间隙值≤0.10mm。径向间隙试验：在转向轴中间位置横向施±40N载荷，加载速度为（5±0.1）mm/min，径向间隙值≤0.05mm。转向轴转动力矩，转向轴最大转动力矩≤0.6N·m，力矩波动值 ≤0.2N·m。调整力矩≤98N，调整机构保持力600N疲劳试验106次后不允许有裂纹或损坏；静扭试验加载扭矩小于400N·m时，滚道不允许有明显的变形压痕和磨损。静扭试验加载力矩小于 600N·m时，滚道和花键不允许破坏。方向盘静强度分析技术参数：轴向力：方向盘承受 980N（100kg）轴向载荷时，挠曲量＜20mm，卸载后永久变形在≤3mm。转向扭力：加载±250N.m的力矩，弹性变形≤3°，永久变形≤0.5°。疲劳分析：扭转疲劳加载±100N.m的力矩的交变载荷，1×106次无损坏。加载频率2.5Hz。震动疲劳频率为10Hz ～35Hz，按加速度±30g进行1×106次振动试验后，无损坏。转向伸缩轴扭转间隙，伸缩轴总成扭转间隙S＜0.05mm；磨损要求：磨损试验150000次后扭转间隙的增量 δS＜0.035mm；疲劳试验 106次后不允许有裂纹或损坏；静扭试验加载扭矩小于 400N·m时，滚道不允许有明显的变形压痕和磨损；静扭试验加载力矩小于 600 N·m时，滚道和花键不允许破坏；伸缩轴水平位置最大推拉力不能大于100N。

从20世纪50年代开始，随着生产环境的变化，人们逐渐认识到刚性自动化的不足。大批量生产少数产品品种的局限性越来越大，包括：对市场和用户需求的应变能力较低；劳动分工过细等。1952年美国麻省理工学院试制成功第一台数控铣床，揭开了柔性自动化生产的序幕。1968年英国莫林公司和美国辛辛那提公司建造了第一条由计算机集中控制的自动化制造系统，定名为柔性制造系统。20世纪70年代出现了各种微型机数控系统、柔性制造单元、柔性生产线和自动化工厂。其主要特征是：①工序集中，无固定节拍，物料非顺序输送将高效率和高柔性融为一体。②生产成本低，具有较强的灵活性和适应性。

大量定制(MassCustomization，MC)是一种在系统整体优化的思想指导下，集企业、顾客、供应商和环境于一体，充分利用企业已有的各种资源，根据顾客的个性化需求，以大量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产模式。大规模定制的基本思想是：将定制产品的生产问题，通过产品结构和制造过程的重组全部或部分转化为批量生产。具有以下特征：①以客户需求为导向②以现代信息技术和先进生产制造技术为支撑③以客户细分、以产品结构的模化、零部件和生产工艺的通用化、标准化为平台。

转向操纵机构包括转向盘、转向管柱、转向管柱支架、转向传动轴、万向节、方向盘锁等。转向操纵机构布置在驾驶室内部，与驾驶室仪表板和驾驶室地板固定在一起。

图3 转向管柱分解示意

转向管柱由15个零部件组成，分装完成后重量达12kg。车间工位的作业人员有2人，员工A分装前需要拿取管柱、伸缩轴，进行分装，然后安装转向锁并拧紧螺栓，检测力矩合格后将半成品放入暂存区；员工B从暂存区拿取半成品，再拿取组合开关进行安装并捋顺捆扎好线束，最后安装护壳，分装完成后放置于转运架上。在对此过程中的2名员工作业流程进行分析，对他们的搬运路径进行了测量，2名员工单车装配移动距离达48米，其中三次的搬运都超过了10kg，且需要员工弯腰拿取。之后根据装配过程绘制转向管柱装配流程图，员工A、B装配共有13个程序，耗时5.2min，无法满足内饰线3.6分钟的生产节拍，而其中搬运7次，占了流程的一半、耗时1.1min；若按照内饰目前生产单班130量计算，2名员工需要弯腰390次，移动距离6240米。这些看似平常的操作流程造成了员工的劳动强度的增大。又通过市场反馈发现转向管柱外观质量合格率在 2015年只有 96%，经过现场调查发现管柱在半成品存放区的堆积，造成了管柱与地面的磕碰划伤，并且容易损坏时钟弹簧，15年平均每月损坏数量达21个，因此而造成的全年直接经济损失累计达到3万余元。并且由此造成的走线节拍严重多于正常节拍，影响生产进度。

在对现场布局的分析中，发现以下问题：①现场物料堆积严重，物料数量多、种类杂，造成生产现场拥挤。②中间在制品库存大，物料暂存区占用大块面积③员工移动、搬运路程多，路径不畅，劳动强度大。

针对以上问题的分析，根据“ECRC”的“取消、合并、重排、简化”原则，消除员工不必要的弯腰动作，取消员工对中间在制品的搬运，减少线旁物料的资金占用，对现场布局进行调整：采取“U”型作业现场布局设计，推行“一个流”生产模式，减少中间在制品的库存数量。然后通过设计工夹具，对于员工A的工作台，充分考虑了人机工学的作业空间设计，在员工手臂作业范围内设计了料盒和力矩扳手存放位置，并增加了伸缩轴环形口；工作台右侧和滑道连通，减少了员工抱取管柱和搬运的动作。根据现场滑移货架的设计思路设计了连接员工A、B的滑道，根据动作经济原则—利用重力传递物料的思路，将员工A、B之间的分装台联通，这样既可以减少员工搬运、又可以将滑道作为半成品暂存区。

图4 总成转运工位器具

图5 分装工位器具

针对员工B，设计了与滑道等高的分装台与转运小车，员工B从滑道上取管柱、分装完成放置管柱，两个过程可直接滑动取料，这样就减少员工B的1次搬运及弯腰。以上方案工装的制作可以达到如下效果：员工A分装完成后，将半成品放入在滑道带孔的箱子上，一起随滑道滑至员工B处，这时，员工B将半成品滑入分装台，然后将带孔箱子放到下滑板上，滑入员工A处进行重复利用，分装结束后，将管柱直接滑入转运小车，小车放满后推至装配线。

整个作业流程中，减少了员工3次搬运及弯腰等多余的动作，实现了按序装配，推行了“一个流”式生产；整个作业过程转向管柱全部立式放置，避免了与地面的磕碰避免磕碰划伤，提升了外观质量、装配质量与装配效率；线旁物料减少，作业面积减少。从以上的改善后的作业程序流程图中可以看到，装配时间满足生产节拍，装配效率提升35%；单班（130辆）员工搬运由6.24km减少至2.15km，共减少弯腰390次。作业占地面积由62.4m2减少至22m2，采用“一个流”生产，库存减少45.5%；而零部件外观质量也由96%提升至 99.7%，时钟弹簧由每月平均损坏 21个控制在 0.17个，年节约金额2.33万元。