整車模塊化預組裝工藝技術在100%低地板有軌電車上的應用

趙鵬洋 李 安 劉 錦 孫陽曉宇 孫志懷

(中車長春軌道客車股份有限公司工程技術部，130062，長春//第一作者，高級工程師)

常規100%低地板有軌電車車體的大部件主要采用焊接的方式制造，然后將涂裝后的車體鋼結構布置在固定的裝配工位，完成約100道復雜的裝配工序后，將裝配完工的車體與轉向架連接，進行整組車的編組連掛。由于大量焊接導致車體變形較大，對車輛內飾的整體配合效果會產生一定的影響。另外，由于各道工序關聯性較強，又受到施工空間限制，只能按照司機室、車頂、客室、車下、車端依次進行施工，導致車輛的裝配周期較長。

目前,模塊化預組裝工藝技術已成為城市軌道交通車輛制造的發展趨勢，系統部件(例如制動系統、客室內裝等)的模塊化預組裝工藝已經廣泛應用于城市軌道交通車輛、鐵路客車及動車組車輛的生產制造當中。

1 整車模塊化預組裝工藝技術

整車模塊化預組裝工藝是國際軌道交通行業較為先進的車輛裝配工藝技術。該技術打破了常規車體與裝配的界限，將單車結構分為司機室、側墻、車頂、底架、端墻5大預組模塊，按照安裝的部位，將裝配部件與車體的大部件進行預組裝；集成模塊后，采用鉚接的方式將5大模塊合成；車體合成后,再對各模塊中不能或不易安裝的零部件進行安裝，如客室門板、扶手、座椅及車頂設備等。

2 整車模塊化預組裝工藝技術的特點

1) 生產周期:通過將原工序串行的裝配生產模式轉變為各預組模塊，并采用按照同一生產節拍并行的生產模式，顯著縮短了整車裝配的生產周期。

2) 車體材質選擇:車體各模塊采用螺栓和鉚釘進行連接，可根據結構和性能需求選取更合適的材質。例如，車體采用輕量化的鋁合金作為主體材質的同時，承載較大的動車底架可采用不銹鋼材質。

3) 施工工藝性:車體各模塊之間采用鉚接的連接結構取代常規車體大部件總組成焊接結構，能夠合理消除因焊接變形導致的生產制造誤差，提高整車裝配精度。但鉚接孔需要進行配鉆，這對生產效率及工作強度有一定影響。由于鉚接后車體的整體剛度低于常規焊接車體，并且鉚接存在松脫等風險，因此需要嚴格控制鉚接施工質量。

4) 維修維護:車體各模塊相對獨立且便于維護和更換。例如司機室模塊損壞，可獨立進行拆卸和更換，縮短了修復時間。但由于部件之間縫隙較多，車輛整體水密性較難控制，并且密封膠類穩定性較差，因此存在老化等問題，需要定期檢查和修復。

3 應用案例

整車模塊化預組裝工藝技術已經在成都100%低地板有軌電車項目成功應用，實現了部件預組—車體合成—單車裝配—車輛編組的模塊化裝配工藝過程。

模塊化預組裝工藝主要分為司機室預組、側墻預組、車頂預組、底架預組、車體合成、單車組裝和模塊化落車連掛7個部分。下面分別介紹各部分的工藝流程及技術要點。

3. 1 司機室預組

司機室預組通過3個臺位的流水線組裝，完成17個子工序裝配,如圖1所示。

圖1 司機室模塊預組工藝流程

常規司機室結構包含整體鋼骨架和玻璃鋼頭罩，而模塊化司機室取消了整體鋼骨架，僅設置鋼底架。玻璃鋼頭罩內部布設司機室內飾，鋼底架和玻璃鋼頭罩通過螺栓固定在司機室端墻上。由于司機室端墻板自身無法承載鋼底架和玻璃鋼頭罩的質量，因此在車體合成之前，需要在鋼底架和玻璃鋼頭罩之間增加臨時支撐裝置，待合成后再進行拆除。

在預組臺位2,利用翻轉裝置將司機室頭部翻轉90°，使得擋風玻璃可以在水平方向進行粘接和固化，這充分保證了膠縫施膠及均勻固化，進而提高了膠縫結構強度。

粘接過程中，利用玻璃吸盤吊運擋風玻璃，可使粘接過程更加平穩。采用這種方式，在提高作業效率的同時，能夠避免應力集中造成玻璃損壞的風險，進一步保證了膠縫強度的均勻性。

3. 2 側墻預組

側墻預組包含4種側墻結構的預組裝，分別為單扇門門框預組、雙扇門門框預組、端立柱預組及窗立柱預組。

低地板車型的側墻結構較為簡單，但側墻之間對角線的尺寸將影響車門、車窗功能部件的裝配質量，因此側墻預組裝配精度要求較高，需要在具有卡具的專用預組臺位完成側墻立柱的拼裝和鉚接。

3. 3 車頂預組

車頂預組包含車頂反裝和車頂正裝2個工藝過程(見圖2)。

圖2 車頂預組工藝流程

通過工裝將車頂翻轉來實現車頂正反兩面的裝配，在車頂鋁結構的滑槽內預埋工藝吊裝滑塊，來實現車頂預組模塊的吊運和翻轉。

3. 4 底架預組

根據結構上的需要，帶轉向架的動車底架采用鋼底架，不帶轉向架的懸浮車底架采用鋁底架，制動管路和少量的線束布置在鋼底架上。因此，與鋁底架裝配相比，底鋼底架裝配增加了反裝和翻轉2道工序(見圖3)。

圖3 底架預組工藝流程

低地板車輛通常采用液壓制動系統，制動管路采用卡套式無螺紋管接件連接，連接方式較為成熟，因此在裝配過程中主要注意管接件的密封性即可。鋼底架預組包含如下工序(見圖4)。

圖4 鋼底架預組工藝流程

3. 5 車體合成

車體合成工藝順序為底架、側墻、車頂及端墻/司機室。

車體合成是整個車輛裝配的關鍵，如車體合成的尺寸未得到有效控制，則各預組部件間的配合尺寸將受到很大影響。因此,車體合成中需要通過調整，保證如下關鍵控制項目：①車體門口與窗口對角線的控制；②端墻與底架垂直度的控制；③上下鉸接軸的同軸度控制;④車體對角線的控制。

車體合成工序必須在專用的合成工位進行裝配，工位設置支撐車體底架的支座，整體平面度控制在1 mm以內，并且通過收緊鋼絲繩將底架固定。車體對角線調整方案為：在車體底架中心線上放置激光墨線儀，在車頂投影出車頂中心線；將總組成臺位兩側的調整裝置插入側墻立柱的開口，利用調整裝置調整車體對角線尺寸，直至將車頂中心線與底架投影的激光射線重合偏差控制在1 mm以內為止。

為保證車體整體強度可靠，側墻立柱、車頂及底架均采用螺栓和高強度huck鉚釘結合的方式連接。通過螺栓進行鉚接前定位，通過鉚接將大部件固定在一起。同一連接處鉚釘呈矩陣式分布，1臺車有近200個鉚接孔。鉚接孔的合理設置是提高施工效率和保證產品可靠性的關鍵。

1) 由于鋼質不易現車開孔，因此鋼底架通過機械加工預制鉚接孔，與鋼底架連接的側墻同樣通過單件加工鉚接孔。

2) 鋁車頂、鋁型材側墻立柱及鋁底架均現車開孔。采用自動進給鉆配合專用鉆模完成鉚釘孔配鉆，不僅可確保配鉆孔的質量，大大降低施工作業勞動強度，同時可提高施工效率4倍以上。

3) 車體側墻、車頂、底架及端墻等大部件連接位置的水密封性是整車裝配過程的關鍵，因此車體合成后的整體施膠密封工序必須保證施膠的質量，并將其作為關鍵過程進行管控。

預組后的司機室模塊、車頂模塊、側墻模塊及底架模塊均采用螺栓連接方式。因此，將司機室模塊放置在專用升降平臺，高度方向通過平臺調整，縱向和橫向通過平臺上的滾珠移動司機室模塊位置，從而保證所有連接螺栓均可以對正連接。

3. 6 單車組裝

車體合成后，需要使用天車和專用吊具，將車體從總組成工位吊至單車組裝工位，安裝車窗、電氣小件、立罩板、墻板、貫通道及外飾板等模塊預組時不易安裝的部件。常規低地板車輛通過底架位置的起吊座進行吊運，考慮到模塊化低地板車輛自重較輕，因此可利用鋁合金車頂兩側的滑槽結構進行吊運，吊運的滑塊在車體合成之前預埋在車頂滑槽內。

帶司機室的動車由于重心靠近司機室端，需通過計算確定其重心的位置；其它車型重心基本與車體幾何中心重合，需按照計算的重心位置在每臺車頂安裝4個吊裝座，且每個吊裝座與預埋的吊運滑塊進行連接。

3. 7 模塊化落車連掛

單車裝配完工后，需要進行車體與轉向架連接以及整列編組的落車連掛工序。由于落車連掛工序直接影響車輛的落成尺寸和質量分布，因此在落車連掛時需重點控制如下方面。

3. 7. 1 落車連掛順序

由于低地板車輛結構的特殊性，需要采取模塊化的落車順序，并通過1套架車機及輔助工裝來實現5臺車體與3臺動車轉向架的連接，具體工藝流程(見圖5)如下：①司機室動車(M1)與轉向架連接；②中間動車(NP)與轉向架連接③中間懸浮車(C1)與司機室動車M1車及中間動車NP車連接；④司機室動車(M2)與轉向架連接；⑤中間懸浮車(C2)車與中間動車(NP)連接。

圖5 落車工藝流程示意圖

以上工作完成后，使用千斤頂將司機室車前端提升一定角度，將司機室車下部支撐工裝撤出，完成整列車的落成。

3. 7. 2 車體與轉向架對中調整

在車體與轉向架連接前，通過測量找正車體縱向中心線與轉向架中心線的位置，使架車機承載車體水平下落，并利用架車機微量調整車體使之與轉向架中心線偏差控制在±2 mm以內，從而避免因轉向架兩側二系鋼簧壓力不一致導致的車輛側偏問題。

3. 7. 3 車體間距一致性調整

待整個編組車輛之間的鉸接連接后，通過調整上部彈性鉸接確保車體上部、下部及兩側的間距差值控制在±2 mm以內；同時利用架車機輔助調整車體高度，使車輛上部彈性鉸接中心與下部固定鉸接中心對正，從而保證整個編組的平衡性。

4 結語

整車模塊化預組裝技術在100%低地板有軌電車上的成功應用是車輛設計和制造工藝深度融合的產物。利用整車模塊化預組裝技術，建立一條可高效運行的從部件預組到編組連掛的100%低地板有軌電車模塊化裝配生產線，為低地板有軌電車的制造提供了一個全新的組裝技術方案，其應用經驗可在城市軌道交通制造行業內進行推廣。