客車(chē)模塊化設(shè)計(jì)和制造研究

萬(wàn)繼新

（東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)客車(chē)公司，湖北 十堰 442012）

1 課題背景

目前全國(guó)有接近100家客車(chē)整車(chē)廠，基本上每個(gè)省都有。就2010年情況來(lái)看，銷(xiāo)售客車(chē)總量排前10名的客車(chē)生產(chǎn)企業(yè)銷(xiāo)售的客車(chē)占了全年客車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)的74%[1]。大多數(shù)客車(chē)企業(yè)的年銷(xiāo)售數(shù)量在1000輛左右，少數(shù)客車(chē)企業(yè)甚至處于半開(kāi)工、半停產(chǎn)狀態(tài)。只有少數(shù)客車(chē)企業(yè)生產(chǎn)的大型客車(chē)能超過(guò)自己全年整車(chē)生產(chǎn)總量的10%，絕大多數(shù)企業(yè)都是以生產(chǎn)中、小型客車(chē)為主[1]。

大多學(xué)者和客車(chē)企業(yè)管理者認(rèn)為，從現(xiàn)階段到以后很長(zhǎng)一段時(shí)間是我國(guó)客車(chē)事業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期；銷(xiāo)售數(shù)量徘徊在1500輛/年左右的客車(chē)整車(chē)企業(yè)，應(yīng)以6～8m客車(chē)市場(chǎng)作為自己企業(yè)重點(diǎn)攻克的對(duì)象，結(jié)合最新的客車(chē)結(jié)構(gòu)法規(guī)要求，制造出總價(jià)低、結(jié)構(gòu)強(qiáng)的客車(chē)，為縣域及以下區(qū)域客運(yùn)服務(wù)[2]。

我公司是生產(chǎn)制造大、中型客車(chē)的整車(chē)企業(yè)。目前年生產(chǎn)、銷(xiāo)售整車(chē)約2200輛。整車(chē)主要包括：6m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，6.6m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，7m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，7.1m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，7.3m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，7.6m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，7.9m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，10.5m系列城市客車(chē)、公路客車(chē)，其中6m和7m系列車(chē)型可以改制為校車(chē)。

經(jīng)過(guò)總結(jié)，我公司每年銷(xiāo)售中型客車(chē)占全年銷(xiāo)售額的90%，6～7.3m5個(gè)系列的整車(chē)占銷(xiāo)售總額的80%以上。依據(jù)每月訂單情況，在線滾動(dòng)混流生產(chǎn)。由于車(chē)型的頻繁切換和夾具的不通用，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的負(fù)面影響。

經(jīng)過(guò)上述5系列車(chē)通用6m底盤(pán)、軸距和油箱、變速器檢修孔等在車(chē)身坐標(biāo)位置相同的分析，筆者提出同底盤(pán)平臺(tái)產(chǎn)品上裝骨架模塊化設(shè)計(jì)的想法，以減少生產(chǎn)中物料和管理工作量，規(guī)范生產(chǎn)流程。

2 模塊化設(shè)計(jì)

整車(chē)骨架分為傳統(tǒng)的整車(chē)六大片：前、后圍骨架，車(chē)身左、右側(cè)圍骨架，車(chē)身地板骨架（含支持牛腿或斜梁）及車(chē)頂[3]。下面主要以車(chē)身骨架為例，對(duì)模塊化設(shè)計(jì)和制造作闡述。

1）以6m車(chē)側(cè)圍骨架作為通用骨架，同平臺(tái)其它的車(chē)在車(chē)身側(cè)圍骨架與后圍骨架結(jié)合處，以選裝模塊作為配置變化，在考慮封閉環(huán)設(shè)計(jì)和封閉環(huán)腰梁接頭形式的同時(shí)，可以增加一塊整體后側(cè)窗，還可以對(duì)校車(chē)增加安全門(mén)等結(jié)構(gòu)[4]。

2）同一平臺(tái)的新老產(chǎn)品的外觀差別主要體現(xiàn)在車(chē)身前后圍造型。如果舊產(chǎn)品退市，則存在對(duì)同一平臺(tái)產(chǎn)品前后圍造型同時(shí)更改切換成新款的情況，故將前圍骨架獨(dú)立出來(lái)，同一個(gè)系列產(chǎn)品生命周期內(nèi)以一種前圍骨架作整體合圍裝配件。車(chē)身后圍依據(jù)不同的車(chē)型，有帶行李艙和不帶行李艙的；有的車(chē)型還包含后對(duì)開(kāi)門(mén)，故也將后圍骨架獨(dú)立出來(lái)，每一個(gè)選配件制作成單獨(dú)的模塊，根據(jù)不同車(chē)型的需要選配[5-8]。

3）地板骨架由于城市客車(chē)和公路客車(chē)等因需求原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)要求變化比較大。下面以地板骨化設(shè)計(jì)為例，作模塊化設(shè)計(jì)和制造的闡述。地板骨架由于底盤(pán)軸距相同，油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)以及變速器坐標(biāo)固定，不同車(chē)型只是有長(zhǎng)后懸和短后懸區(qū)別。目前地板骨架總體有三種常用樣式，如表1所示。通過(guò)優(yōu)化模塊化設(shè)計(jì)，將上述各種地板骨架拆分成如下4塊[9]。

表1 地板骨架三種常用樣式

①前地板平臺(tái)骨架。由于各個(gè)車(chē)型駕駛室布局基本不變，只是選擇不同的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙罩發(fā)生變化，因此，可以保持前平臺(tái)骨架通用設(shè)計(jì)，不同的車(chē)型在車(chē)身合圍后選裝不同的發(fā)動(dòng)機(jī)艙罩。優(yōu)化后的前地板平臺(tái)骨架如圖1所示。

②乘客區(qū)前地板骨架。以6m選裝平地板帶后行李艙乘客區(qū)地板骨架為基礎(chǔ)，將去掉行李艙骨架的那一部分作優(yōu)化通用設(shè)計(jì)（預(yù)留輪轂包制作結(jié)構(gòu)）。作為同平臺(tái)車(chē)的通用件，優(yōu)化后的乘客區(qū)前地板骨架見(jiàn)圖2。

③乘客區(qū)后地板骨架（與后圍骨架配合的部分骨架）。對(duì)于根據(jù)城市客車(chē)和公路客車(chē)以及不同用途的車(chē)型做專(zhuān)用設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）供合圍選裝，優(yōu)化后的乘客區(qū)后地板骨架示意圖如圖3所示。

④車(chē)型調(diào)整骨架。不同車(chē)型地板骨架長(zhǎng)度在乘客區(qū)地板骨架和各個(gè)選裝模塊之間以座椅梁調(diào)節(jié)補(bǔ)充（以工藝文件下發(fā)不同車(chē)型的補(bǔ)充材料規(guī)格），見(jiàn)圖4，并對(duì)不同車(chē)型底盤(pán)（針對(duì)長(zhǎng)后懸）加牛腿腹板。

3 生產(chǎn)制造

1）設(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)產(chǎn)品工藝部門(mén)下發(fā)各個(gè)模塊化的6大片骨架圖紙、各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)圖和合圍骨架的總成圖。工藝部分將各個(gè)模塊作工藝分解，完成各個(gè)模塊中零部件的尺寸材料等清單并指導(dǎo)車(chē)間下料。

零部件尺寸材料的清單包括序號(hào)、圖號(hào)、零件名稱(chēng)、材料規(guī)格、零件數(shù)量、參考下料尺寸（mm）和版本號(hào)[10]。

2）車(chē)間實(shí)際實(shí)施過(guò)程[3，8]如圖5所示。我公司同一平臺(tái)產(chǎn)品采用相同的底盤(pán)配置（僅縱大梁在后懸和前懸上有差別），底盤(pán)上各個(gè)檢修口在車(chē)身坐標(biāo)上的位置相同，而且同一平臺(tái)的客車(chē)外觀一致，這也給模塊化設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了方便。

①頂蓋骨架焊接。頂蓋骨架焊接工位可以選擇不同的骨架長(zhǎng)度或者增加類(lèi)似圖4中所述的模塊，以滿(mǎn)足不同車(chē)型（車(chē)長(zhǎng)）的需求。只是通風(fēng)窗位置和喇叭安裝預(yù)埋板、扶手預(yù)埋板等在車(chē)身坐標(biāo)上的位置不變。傳統(tǒng)的頂蓋焊接總成是頂骨架焊接總成包含前圓弧曲頂部分的方式，而且每個(gè)車(chē)型各自開(kāi)發(fā)一個(gè)模具，無(wú)法通用。頂蓋焊接總成分解圖見(jiàn)圖6。

②側(cè)圍焊接總成和地板焊接總成與頂蓋焊接總成實(shí)施相同。

③前圍焊接總成。由于同一平臺(tái)的前圍結(jié)構(gòu)相同，前圍焊接總成實(shí)施效果相對(duì)更加明顯。材料庫(kù)的各種成型零部件在工裝上經(jīng)過(guò)拼裝（圖7）組合形成的前圍焊接總成見(jiàn)圖8。該前圍焊接總成含前內(nèi)圓弧曲頂。工藝簡(jiǎn)單，所需要場(chǎng)地小，組裝轉(zhuǎn)運(yùn)方便。

④后圍焊接總成。實(shí)施過(guò)程同前圍焊接總成（圖9）。

⑤合圍。先對(duì)上面完成的側(cè)圍骨架、地板骨架和頂骨架實(shí)施合圍（圖10），合圍后的車(chē)身骨架（不含前后圍焊接總成）整形后，吊裝前后圍焊接總成進(jìn)行二次合圍、焊接（圖11）。經(jīng)過(guò)再次整形后，進(jìn)行下道工位補(bǔ)充焊接。由于用戶(hù)特殊需求，需要補(bǔ)充焊接的預(yù)埋板。

5 結(jié)束語(yǔ)

前人多是對(duì)整個(gè)客車(chē)行業(yè)或者具體的車(chē)型作分析總結(jié)；而我公司在客車(chē)技術(shù)方面投入了大量力量，對(duì)現(xiàn)有車(chē)型通過(guò)技術(shù)摸底，提出了同平臺(tái)車(chē)型模塊化設(shè)計(jì)和制造的思想，希望能幫助大多數(shù)中小型客車(chē)企業(yè)提高客車(chē)生產(chǎn)效率。通過(guò)將傳統(tǒng)的整車(chē)六大片骨架進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，大大降低了工裝周轉(zhuǎn)的頻率，有效改善了材料下料混亂的局面。經(jīng)過(guò)實(shí)施，提高了交付期，效果非常明顯。

[1]蘇州市奧杰汽車(chē)技術(shù)有限公司.客車(chē)市場(chǎng)調(diào)研分析報(bào)告[R]，2011.4.

[2]汽車(chē)工業(yè)學(xué)會(huì).2010年國(guó)內(nèi)客車(chē)市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2011，（2）

[3]宋新萍.汽車(chē)制造工藝學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.5.

[4]王秋林，屈丹，閆亞坤.客車(chē)封閉環(huán)腰梁接頭形式對(duì)側(cè)翻安全性的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2011，（4）

[5]張玉津，郭于陽(yáng).客車(chē)車(chē)身的模塊化概念設(shè)計(jì)[J].客車(chē)技術(shù)與研究，2001，23(6):10-12.

[6]趙慧.鐵路客車(chē)車(chē)體模塊化設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2008，（5）

[7]羅永革，馮櫻.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.7.

[8]許香穗，蔡建國(guó)，重慶大學(xué).成組技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7.

[9]賈治平.淺談客車(chē)模塊化設(shè)計(jì)[J].鐵道車(chē)輛，1993，（3）

[10]唐桂榮.關(guān)于鐵路客車(chē)模塊化設(shè)計(jì)的探索[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，1998，（6）