工程机械的装配工艺现状和发展趋势探讨

秦雪飞，何俊杰,2，刘均让，金鑫,2，蒲江涌，赵树理

（1.宝鸡石油机械有限责任公司；2.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司，721000）

所谓工程机械装配主要指的是将成品的零部件根据设计图纸以及工程机械装配方法经过装配后形成满足使用功能需求的机械设备。由此可以看出机械设备的性能会受到机械装配工艺的直接影响，因此作为机械生产企业要不断提升自身的机械装配工艺水平，这样才能满足企业实际发展需求。

1 工程机械装配概述

1.1 工程机械产品特征

工程机械从总体层面来看具备了一些特征：首先工程机械通常都具有较大的外形尺寸，部分零部件一般都相对比较笨重；其次，工程机械通常都具有复杂的结构，甚至部分工程机械需要成百上千个零件来组成。而且零部件中不仅涉及到铸造件、锻造件，还会涉及到焊接件和冲压件等，此外还有液压元件以及电器元件等。工程机械通常都属于小批量生产，大型推土机、履带式起重机等大型机械设备厂家每年甚至只生产数十台或者数百台。工程机械通常都具有非常复杂的工艺流程，在装配中会设计到机械、电气、液压、电子元件等多种零部件。链接形式也包括了焊接、铰接、螺栓链接等多种方式。

1.2 装配组织形式

（1）固定式装配。所谓固定式装配主要是将产品或零部件在一个固定位置上进行全部装配，产品在整个装配操作中不做移动，而且需要将工程机械的所有装配零部件集中在固定位置周围。固定式装配在新产品试制、小批量装配生产中的应用非常广泛。由于产品的结构和类型，因此又可以将固定式装配进一步划分为集中和分散等两种不同的固定式装配。

集中固定式装配主要指的是通过固定地点、固定人员完成整个设备的装配，在一些情况下也被称为是地摊式装配。通常在大型工程机械小批量生产中应用。将该方法应用在批量小的新产品的试制过程中由于存在装配人员固定，能够全程参与整个新产品的装配过程中，因此对于新产品试制存在的问题能进行完整记录，也能够实现对新产品问题的集中整改和处理。

而分撒固定式装配主要是将产品装配进行分解后形成组件装配、部件装配、整机装配等几个部分，而且不同装配过程中完全是在不同地点进行；整机和部件装配人员以及地点也不同，不同环节完成装配后利用的叉车、起重机等设备将其运输到整机装配车间完成整机总装。通常是在具有一定批量的工程机械生产中应用该装配模式，但是重点还是集中在小批量生产中。这种装配组织模式下更加能体现出装配的专业化，产品装配周期也能极大缩减，进而实现生产面积利用率以及企业生产效率的极大提升。

（2）移动式装配。在进行机械产品装配过程中装配人员和装配地点都可能发生变化的装配形式就被称为是移动式装配，各个零部件从不同工位移动到另一个工位完成装配，并最终实现整机总装。目前工程机械生产中该模式的应用非常广泛。各零部件工位之间的移动利用机械传送方式后就形成了装配流水线。在大批量生产中适用性比较高。目前该装配模式在挖掘机、叉车等生产中的应用比较广泛。

2 工程机械装配工艺现状

2.1 自动化程度

工程机械生产相较于普通汽车生产批量很小，而且在装配自动化反面也处在落后地位。虽然近年来工程机械发展非常迅速，叉车等机械的年产量甚至能达到十几万，但是装配工艺水平并未得到有效突破，其主要存在以下几个方面表现：

首先，零部件输送自动化程度低。目前在工程机械生产中除了少数总装线实现装配传送机械化之外，大部分零部件装配仍然采取的是固定式装配模式，车间以及工位之间的转运主要依靠起重机以及叉车来实现。

其次，机械零部件装配以人工作业为主。目前我国在工程机械的装配方面仍然存在自动化装配程度低的问题，工件的搬运、安装等都是通过人工操作或者是利用车间起重设备来完成；而且国外的工程机械装配也并未全面实现自动化生产线。

2.2 工装工具

在工程机械装配中工艺装配以及工具都发挥出十分重要的作用，先进的装配工艺才能实现装配效率以及装配精度的全面提升。在当前工程机械的焊接以及加工中焊接机器人、加工中心的应用正在实现普及，但是装配环节并未出现先进装配设备。

目前在装配工程机械的过程中拧紧机、压装机等工装工具的应用比较常见，很多其概况下轴承与轴、外圈与孔、销与孔之间采取的都是过盈配合，需要通过加热或者冷却的方式来提供便利，因此必须要应用到工业加热箱或者冷柜等装置。而通过应用压装工艺能极大提升装配效率，但需要针对不同装配零部件设计相应的压装机。压装机通常是由液压油缸提供驱动力，其整体结构形式简单，且具有较强的适用性，可以完成定点压装，同时也可以利用其中设备等在不同装配工位使用。

在工程机械装配过程中连接紧固属于非常重要的一项内容。大部分工程机械的零部件都是通过大直径螺栓进行连接，且关键位置螺栓连接过程中对紧固力矩的要求比较高，例如传动件、工装装置的连接装配必须要使用拧紧工具来完成。但是螺栓紧固连接过程中普通气动扳手属于主要工具，但是这种装配工具对拧紧力矩不能进行精确把握，很容易导致螺栓后期出现松动等现象。为了能充分保障装配过程中的拧紧力矩，很多企业在装配过程中首先利用普通扳手拧紧后，再通过扭力扳手进行校准，但超过2000Nm的扭力扳手通常都比较笨重，多人协同合作。因此针对工程机械装配过程中的大直径螺栓只能通过抽检方式对其紧固力矩进行控制，由此也使得后期很可能会出现螺栓松动者隐患。为了能够充分保障螺栓紧固连接具备较强可靠性，同时对螺栓拧紧力矩进行精准控制，一些大型企业引进了手机电动扳手、多种拧紧机等定扭矩拧紧工具。

2.3 工人劳动强度

在装配工期相对比较落后的情况下，且受到装配自动化水平的限制，工程机械在装配过程中操作人员的劳动强度往往比较大。装配工作人员在进行工程机械装配的过程中会涉及到工件搬运、工件的配合和调整以及工具使用等几个方面。在工程机械的装配过程中大型工件通常情况下是利用车间起重设备进行吊装，但质量相对较轻的工件往往是通过工人搬运。通过在装配车间使用平衡吊能够让工人搬运工件的劳动量控制在最低程度，而且也能够保障其在工位的合适位置停放，对工程机械装配能起到极大便利作用，同时也能够将装配操作人员的劳动强度进行有效控制。

在进行工程机械大销轴与孔的过盈配合装配的过程中通常需要操作人员使用大锤进行不断敲击，在这种操作方式下工件很容易遭到破坏，而且操作过程也存在一定安全隐患。另外一些大型工件与底部工作进行配合的过程中，吊装到位后需操作人员需要利用撬杠等工具，而这些工具在操作过程中费时费力。工程机械通常情况下使用的螺栓直径都相对比较大，因此紧固工具相对更重，在装配过程中完全依靠装配人员人工操作，导致实际装配过程中操作人员劳动强度非常大。

3 工程机械装配工艺未来发展趋势

3.1 输送自动化

随着机械行业的快速发展，机械制造生产企业在充分保障产品质量的前提下，开始逐步倾向于进一步提升装配效率，最大程度缓解操作人员的劳动强度的生产工艺，在工程机械装配过程中输送技术属于非常关键的一项技术。空中自行小车、机械化链板输送线目前在工程机械的零部件配装生产线中以及一些轻型零部件的装配工具输送过程中已经得到应用，这在很大程度上也进一步提升了装配工艺流水线的自动化程度。而大型工程机械由于产量往往相对比较低，而且各个零部件相对笨重，在未来很长一段发展时期内仍然将长期运用固定式装配工艺。

3.2 设备柔性化

企业在积极引进自动化装配生产线之后是企业的装配作业效率以及生产产能得到极大提升，但对于工程机械的生产来说多种类、小批量时期最大特征。传统的固定式装配工艺在应用过程中严重影响作业效率，而充分借助装配生产线能够全面提升装配作业效率，但同时也要充分保障一定的柔性，这样才能够对不同种类不同批量的产品装配给予有效支撑。因此在针对工程机械装配生产线进行设计的过程中，必须要对企业多品类产品结构特征进行充分考虑，在此基础上加强充分保障生产线能够为多品类产品装配提供便利，同时也可以针对多种类产品充分利用更换支架以及工装等来实现装配。此外，同时还需要在一定范围内保障生产线的生产节拍能够实现可调，以此来满足不同产品装配时间的具体需求。

3.3 操作人性化

自动化输送生产线的应用能够最大程度避免操作人员搬运笨重的工件，从而是操作人员劳动强度得到极大缓解，这也是装配工艺发展过程中的一种人性化表现。在工程机械装配过程中通过应用专用反转机、平衡式起重机、助力机械臂等相关设备能够让装配工作人员在操作过程中尽可能处在舒适状态。此外通过应用加热/冷冻装置、液压压装工装等相关设备能够保障在进行销轴、衬套等零部件加工过程中不需要要求操作人员使用笨重的大锤进行敲击，自动化装配工具的应用可以将操作人员从繁重的体力劳动中解放出来。此外充分利用自动拧紧机和涂胶机等相关设备不仅能够全面提升装配作业效率，同时也能有效缓解工程机械装配过程中作业人员的劳动强度。工程机械的液压系统往往对清洁度要求非常高，在未来工程机械在装配过程中将实现装配车间冷暖空调的配置，这样不仅能够极大改善操作人员作业环境，而且也能够充分保障作业环境的清洁度。装配作业人性化不仅能够让装配作业人员在操作过程中更加舒适，而且也能够为产品质量提供良好保障，由此可以看出，未来工程机械制造企业在发展过程中操作人性化也必将是一个主要发展趋势。

3.4 新产品虚拟化装配

随着现代工业都要快速发展，工程机械产品也正在加速更新换代。在传统工程机械领域中，新产品的推出往往需要消耗一年甚至更长时间，甚至一些大型工程机械设备数月时间来进行装配，这个主要是因为工程机械在设计和工艺等几个方面水平相对比较落后，而且在进行工程机械装配的过程中经常会出现错位以及干涉等相关现象，因此在装配环节也不可避免的会出现修补、现场切割以及钻铰等作业过程，在这种装配工艺下，会存在费工费料的问题，而且装配耗时更长。

如果在工程机械生产过程中充分利用三维可视化设计软件，在产品的设计阶段就可以来针对各个零部件和整机实现虚拟装配，在虚拟装配过程中就可以对关键零部件进行反复校核，以此来检查各零配件在装配过程中是否存在干涉问题，一旦发现存在干涉可以及时进行修改。通过三维虚拟化软件的应用可以将传统设计模式下装配环节才能发现的问题在设计环节就能进行及时发现和修改，从而使得新产品试制过程更加顺利，也能极大缩减新产品的研发周期。

3.5 装配效率得到极大提升

生产工程机械设计、工艺水平的不断提升，也可以进一步实现零部件加工精度及配合精度等有效改善，零部件加工进度与图纸设计匹配度更高，同时也能够完全实现并不间断互换，使得选配、修配、配焊等工时消耗过程的作业工序得到有效削减，而且在充分利用自动化装配流水线后，工程机械的装配生产效率可以得到极大提升。

4 结语

目前工程机械装配工艺体现出来装配自动化程度低、装配工具落后、装配作业人员劳动强度大等诸多问题。随着科技水平的不断提升，工程机械设计和工艺水平也将取得更大进步，在未来工程机械的装配领域中将逐步向着自动化、设备柔性化、操作人性化、产品装配虚拟化等几个方向发展，未来在先进装备工艺的支撑下，我国机械装备行业将取得更加快速的发展。