平地机后车架拼焊工装的设计及应用

摘 要：随着客户需求的不断升级，平地机车型也呈现多样化的发展趋势。后车架作为平地机的主要结构件，其种类及数量也逐步增加。在传统的组合平台上进行后车架的拼焊时，存在操作难度大、生产效率低等问题。针对后车架结构及零部件尺寸特征，设计了一种通用型的后车架拼焊工装。在该拼焊工装上，可以生产多种车型的后车架，节约了车间生产场地，提高了拼焊效率，也降低了操作者劳动强度。

关键词：平地机；后车架；拼焊工装

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.005

平地机作为一种重要的工程机械，在构筑路基路面、修筑边坡、开挖边沟等方面发挥着不可替代的作用。后车架是平地机上的主要构件之一，起到承载发动机、前车架、油箱及松土器等部件重量的作用[1]。在传统的组合平台上拼焊后车架时，受生产条件的影响，生产效率偏低，已成为平地机生产的瓶颈。而随着平地机的多样化发展，机型种类不断增加，现有的组合平台及生产场地，已经不能满足生产的需要。因此，急需设计一种通用型的后车架拼焊工装，来解决这一瓶颈问题。

1 后车架结构及制造工艺

平地机主要结构件有前车架、后车架、牵引架、回转圈、铲刀体、松土器等，其结构及分布位置如图1所示。后车架在平地机的后部，其前部与前车架铰接，后部与松土器连接。后车架结构复杂，零部件较多，主要由前上铰接板、前下铰接板、槽钢、尾板、前侧板、后桥支座、变速箱支座及诸多尺寸不一的螺母板组成，其结构如图2所示。

后车架一般采用模块化的制造工艺，先将前上铰接板、前下铰接板、槽钢等拼焊为组合件，然后在组合平台上将上述组合件拼焊为后车架框架，最后拼焊数量诸多的螺母板等小部件。组合拼台是通用型拼台，可以进行多种结构件的拼焊作业。拼焊后车架时，受组合拼台尺寸及场地等因素的限制，一次只能拼焊一台后车架，导致组合平台利用率不高、生产组织效率低。因此，设计一种通用型的后车架拼焊工装，满足多机型生产需要，是迫在眉睫的问题。

2 后车架拼焊工装的设计

随着平地机产品多样化，为以缩短工装制造时间，提高工装通用性，对后车架拼焊工装也提出了模块化、通用化的设计思想[2]。工装设计时，既要考虑不同后车架的定位基准及尺寸特征，设计不同的定位模块，以实现通用性，也要考虑不同后车架的结构及尺寸差异对工装设计难度的影响。根据对后车架的结构分析，其零部件种类、数量虽然较多，但其结构保持相对一致，大部分零件具有通用性。因此，确认主要结构件的定位尺寸的差异，并制定合理的定位方案，是工装设计成功与否的关键点。经梳理，后车架的结构涉及的关键定位尺寸，如图3所示。

其中，各个尺寸代号及含义如下：

L：后车架主定位孔到尾板距离；

H：槽钢下表面到前下铰接板距离；

W：后车架宽度；

D1：前上铰接板定位孔直径；

D2：前下铰接板定位孔直径；

L1：前铰接板定位孔到后桥支座距离；

L2：前铰接板定位孔到变速箱支座距离。

经过对各种机型后车架的结构及尺寸分析，最终确定四种机型的结构及尺寸差异较小，适合设计通用型拼焊工装，其关键定位尺寸，如表1所示。表1的数据显示，四种机型的后车架主定位孔、车架宽度及高度等尺寸一致，主要差异点是后车架长度及变速箱支座位置不一致。因此，后车架拼焊工装的设计，必须考虑这些差异点的定位方法。

后车架通用拼焊工装采用Creo制图软件设计，设计效果如图4所示。前下铰接板的定位销采用固定销结构形式；前上铰接板的定位销采用旋转机构形式，并与定位套配合使用，可实现快速装夹；左右槽钢零件采用内侧偏心旋转机构定位、外部夹紧的方式，后车架出模方便、避免与工装干涉卡滞；变速箱支座零件采用了不同的定位销定位，拼焊不同机型车架时切换对应机型的定位销，即可实现准确定位；尾板设计前后双重夹紧机构，以实现不同长度后车架的拼焊。后车架通用拼焊工装完成数模设计后，需将这四种机型后车架，按照预先设定的工艺对整个拼焊过程进行仿真分析，查找潜在问题并改进设计，如图5所示。设计方案经评审可行后，方可开始加工生产。

3 后车架拼焊工装的应用

后车架拼焊工装加工完毕后，经三坐标测量，其定位销、定位面等关键定位尺寸均达到了设计要求。在工装上对这四种平地机后车架进行拼焊验证，后车架各部件装夹牢固、定位准确，出模方便、与工装没有干涉卡滞等异常情况，后车架拼焊后的尺寸符合工艺要求，如图6所示。

后车架通用型拼焊工装经过三个月使用后，对后车架拼焊作业时间进行测定，相对在组合拼台上生产时，四种车型后车架的平均拼焊时间降低了70分钟，生产效率提升了29%，如表2所示。后车架通用型拼焊工装的应用，提升了后車架拼焊效率，降低了操作者劳动强度及对组合拼台的依赖，达到了预期的效果。

4 结束语

通过设计一套通用型拼焊工装，实现了多机型后车架的生产，对生产效率的提升具有重大意义，同时也节约了车间场地，降低了操作者劳动强度。后车架拼焊工装模块化、通用化的设计思想，对具有类似结构及尺寸结构件的生产制造，具有较高的借鉴及推广价值。

参考文献：

[1]陈沛，黄皓，陈文，郭世旺.平地机后机架工况分析与试验测试[J].工程机械，2011（06）：32-36.

[2]梁春芝，黄河杰.浅谈工艺装备设计发展趋势[J].装备制造技术，2015（11）：109-111.

作者简介：兰伟斌（1964-），男，广西柳州人，大专，高级主管工艺师，主要从事产品工艺装备、机械加工及焊接技术等方面研究。