瓦盖拧紧中柔性变距的解决方案探讨

陈园园

摘要：一直以来在瓦盖拧紧设备的设计中存在着一定的问题，比如说螺栓与螺栓的间距过小、螺栓与螺栓变距太多、生产节拍过快、产品更新换代太频繁、每换一款产品，就需要重新设计一台设备与之匹配。文章根据这些问题对瓦盖全柔性拧紧设计中变距的解决方案展开了探讨。

关键词：设备设计；瓦盖拧紧；柔性变距系统；解决方案；汽车设计 文献标识码：A

中图分类号：TG65 文章编号：1009-2374（2017）03-0063-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.028

1 瓦盖拧紧设备柔性化的必要性

进入21世纪来，随着汽车市场从以生产者为导向转向以消费者为导向，且行业竞争逐渐激烈，企业利润也在逐步降低。此外，随着国家制定《中国制造2025》规划以及大力发展智能制造，对于汽车及零部件行业来说，产品质量要求更高，企业间的竞争会更加激烈，质量可靠、成本低的产品未来将占据大量市场份额：这就要求企业拥有更先进的生产技术、更智能化的设备，以增加竞争的砝码。

更先进的生产技术的核心技术就是提高生产线的节拍，因为生产线的节拍影响生产线的成本，而生产线的成本则是汽车生产商考虑更换车型的重要原因。不同车型拥有不同的零部件，所以如果要大规模的更换车型内部零部件，那么所需的加工，安装设备，节拍也都

不同。

下面用具体数字算算节拍和生产成本的关系。例如，2013年一汽大众在成都的生产线。生产节拍是60JPH，即每小时生产60辆汽车，也就是每分钟生产1辆汽车。一天24小时，一年365天，假如一台车的成本价是10万，一条生产线的年产值24×365×10万=87600万，所以有更大产值才能尽快回本。

2012年在广汽本田参观，厂方介绍每年48万辆的产量，约66秒就生产一台车。相比于生产速度是48JPH左右（每小时有48台新车下线），即75秒下线一台，生产速度最快达到51JPH，通常这个数字维持在47～51JPH之间，即一辆走完流水线大概90分钟。66秒节拍的生产线将具有更大的市场价格优势。

那么为了降低成本，提高竞争力，实现智能制造，走可持续化发展道路，现在的汽车生产线都在不断提高节拍，提高品质，讲究柔性化，力求在节拍上、质量上能占有优势。在设计的极限范围内，设备设计需要满足产品的无规律变化，需要考虑更换产品时，不影响整线的生产节拍，即今天的生产线也可以为以后的车型提供生产。

汽车的发动机是汽车的心脏。发动机的更新涉及到油耗、污染等，牵扯到市场竞争的方方面面。而每台发动机生产线都离不开一台缸盖的瓦盖和凸轮轴盖的拧紧设备，所以缸盖的瓦盖和凸轮轴盖的拧紧设备的柔性拧紧极为重要，是整条发动机装配线的核心设备。

2 当前瓦盖拧紧设备的设计中存在的问题

从当前情况来看，正因为瓦盖拧紧设备的重要性，拧紧设备的广泛使用也暴露出了其种种不足。

在国内汽车发展产业的第一个阶段，那个时候汽车市场以快速抢占市场为目标，汽车生产厂家能快速提出功能需求，产品线只要满足最基本的功能，就算达到自己的生产目的。在这种大环境下，（1）做设备的工程师的设计观念太过陈旧，工程师在设计的过程中只是单纯的在追求工时、满足汽车生产厂家提出的设备功能、降低设备成本等。在设计思路表现上还比较保守、僵化，设计的时候缺少针对性，对自己所研究的项目特征、产品特性等都没有进行深入了解，在设计的时候只是简单的套用已有的设备，进行新功能的修改；（2）由于在设计的过程中缺乏一定的利益驱动，而且在設计的时候任务也比较繁重，工程师在设计的过程中总是无暇去琢磨技术创新的事情。在这种模式下，一款缸盖就对应一台瓦盖拧紧机。

随着市场发生改变，市场需求更环保、更经济、更实用性的汽车出现。产品的更新换代就非常快，那么拧紧设备随之更换会造成极大的资源浪费，其根本问题主要表现在以下两个方面（本文所有尺寸单位为mm）：

2.1 瓦盖拧紧设备设计的相关问题

2.1.1 螺栓与螺栓变距太多。将图1的螺栓单独罗列出，标注尺寸后，就可以看出螺栓之间的间距问题。

看21颗螺栓的相互间距，在X轴有共同间距80，可以初步设想将6、7、10、11、14、15和8、9、12、13、16、17作为一个拧紧单元，那么18和14之间的间距是85，20和16的间距是115。在Y轴方向41.5、40.2、47.1、99.6、156.9这些距离都需要变距。X轴上从80变到85然后变为115，Y轴上的全变距，这个变距就是整个拧紧设备的核心。变距有几款常规做法：泵&气缸&电机+导轨&丝杆&齿轮，有了直线变距机构，就必须设计定位机构、检测机构、限位机构等附加机构。在这么小的距离变化下，有空间安排下这些机构吗？这是一个设计难点。

再看看另外一款产品的螺栓间距：

此产品在X轴的变距为2、80、6.5，在Y轴上的变距为16.5、33、56.3、44、153，通过多组数据（不一一举例），在X轴变距的范围，1

2.1.2 螺栓与螺栓的间距过小。在图3中，X轴有个变距为2，即两颗螺栓的横向距离只有2mm，在上述对比中，我们发现，间距80是一个可以作为模块化拧紧的数值，工厂要求拧紧M10螺栓使用的拧紧枪为博士QST42-50CT和博士QST42-50COT，这种拧紧枪的安装最小直径为29。如何排布、如何安装拧紧枪等因素都需要

考虑。

2.2 节拍问题