電動客車電池托架平面度提升

張 磊, 劉合峰, 趙子龍, 程振明, 于俊嚴

(中通客車股份有限公司, 山東 聊城 252022)

動力電池[1-3]是純電動客車的關鍵部分,電池箱體則是動力電池的載體[4-5]。現階段有時存在電動客車安裝完電池后出現殼體扭曲的現象[6],這不僅影響電池包殼體的美觀度,且嚴重影響生產節拍,后期客車在運行過程中還容易導致電池包殼體撕裂,引發電池一系列的安全隱患,補救措施是通過增加墊片調整平面度。因此提升電池包殼體平面度非常必要。本文先通過現場排查及技術分析其產生原因,然后實施改善措施并進行效果驗證。

1 電池包殼體變形原因分析

目前,電動客車動力電池包殼體大多采用玻璃鋼[7-8]制作,電池槽鋼與電池包殼體采用螺栓進行連接固定,如圖1所示。受電池包殼體材質、單組電池槽鋼組件平面度、電池固定座受力不均勻因素影響,電池包殼體均受到不同程度變形,嚴重的會造成電池包殼體發生扭曲變形,必須通過增加墊片才能保證殼體平面度。由于經過2次修校,嚴重影響了生產節拍,并且增加墊片還影響電池包殼體美觀度。

通過分析現場殼體扭曲變形現象可知,電池槽鋼下料精度、格柵組件制作、設計結構、施工方法、測量方法、胎具控制、轉運吊裝、電泳變形、裝配順序均對電池包殼體變形產生影響。

圖1 電池包殼體與地板骨架固定示意圖

1) 電池槽鋼下料。對電池槽鋼下料精度進行現場抽查測量,抽取的3根槽鋼數據見表1。電池槽鋼折邊理論尺寸與實際尺寸偏差2～3 mm,與工藝要求“偏差<1 mm”不符。由于電池槽鋼采用銷軸進行定位,尺寸偏差會直接影響電池槽鋼上平面的高度。

表1 槽鋼下料抽查數據

2) 格柵組件制作。由于電池槽鋼與格柵進行連接,所以格柵上平面度及側面直線度會直接影響電池槽鋼的焊接精度。現場測量得出的數據見表2。由表2可知,關鍵格柵平面度與垂直度均≥2 mm,與工藝要求“偏差<2 mm”不符,由于電池槽鋼上沿與格柵上沿平齊,所以格柵平面度與垂直度超差會直接影響電池槽鋼的平面度。

表2 格柵測量數據

3) 設計結構。該電動客車的電池槽鋼被格柵上平面型鋼分為兩部分,并且為懸空狀態,如圖2(a)所示,電池槽鋼焊接中需控制直線度、上平面度、前后銷孔間距,控制點較多。焊接完成后,端部的焊接變形較大,導致電池槽鋼高度不一致。

電池艙板只有裝配孔,無塞焊孔,艙板與槽鋼焊接時中間容易發生鼓包,造成電池艙板平面度超差。

電池艙板未能將電池槽鋼全面覆蓋,造成同組電池包不同裝配孔存在高度差,如圖2(b)所示。

4) 施工方法。電池槽鋼點焊時未使用直線樣板進行平面度測量,造成同組電池槽鋼局部超差,后期在校驗工位平面度超差處采用錘擊進行調平,造成局部凸起,影響同組電池槽鋼平面度。

5) 測量方法。校驗電池槽鋼平面度時僅采用1.1 m直線樣板進行目測,而未采用專用塞尺進行測量,導致測量數值不準確。

6) 胎具控制。控制胎具主要協助施工人員在電池槽鋼焊接過程中控制同組電池槽鋼孔距,保證孔距<1 mm,保證同組電池槽鋼孔距<2 mm,平面度<2 mm。

檢驗胎的銷軸與裝配孔貼合只能檢測裝配孔的平面度,無法檢驗同組電池槽鋼平面度,存在檢驗缺陷。

7) 吊裝轉運。車架在吊裝轉運過程中,行車在車架中段位置(如圖3所示),由于車架受力不均造成局部發生扭曲變形,使得已調形好的車架平面度超差,造成電池槽鋼局部變形。

圖3 工藝撐桿及吊裝位置

8) 電泳變形。電池槽鋼上面附有電池艙板,電池艙板周邊與型鋼搭接處封角焊15～20 mm,中間位置按照焊縫長度8～10 mm、焊縫間距80～100 mm進行焊接,固定孔處均勻點焊3個焊點,電池艙板與電池槽鋼中間部位無焊點處于懸空狀態,在電泳過程中電池艙板中間部位因“熱脹冷縮”而發生鼓包,造成電池艙板平面度超差。

9) 裝配順序。1個電池包有6個安裝孔,電池螺栓采用對角緊固方式,先預緊、后打緊,施工人員需在車底進行安裝,施工空間狹小,緊固過程中無法查看電池包殼體表面變形量,殼體具體變形量不易測量,只能肉眼識別。

2 優化措施及效果

1) 電池槽鋼下料精度提升。通過現場宣貫電池槽鋼下料對電池包殼體平面度影響,嚴格按照工藝要求進行下料,保證電池槽鋼尺寸。

2) 格柵組件制作精度提升。對胎具定位進行優化,在型鋼端部采用雙定位卡塊,可滿足高度定位要求,格柵點焊完成后,在工裝胎具點焊撐桿防止格柵變形。

3) 優化設計結構。將拼接的電池槽鋼優化為通根槽鋼,如圖4(a)所示,并且將通根槽鋼及型鋼組件化,減少拼焊造成的焊接變形;并在電池艙板裝配孔前、后及裝配孔之間按照直徑6 mm、間距150～180 mm進行開塞焊孔,如圖4(b)所示,增加電池艙板與槽鋼固定面積,從而減少電泳變形。

4) 提升員工操作技能。統計員工技能等級并進行技能培訓,保證施工人員熟練掌握焊接技能、防焊接變形技巧。要求焊接電池槽鋼時,縱梁型鋼不得高于槽鋼上平面;點焊槽鋼時用直線樣板比對,防止平面度超差。槽鋼前后接頭處翼面焊縫內外采用滿焊,腹面焊縫要求內面滿焊。若出現與槽鋼并行方向有型鋼件且間隙不滿足焊接條件(10 mm≤槽鋼與型鋼并行間隙≤15 mm)的情況,槽鋼與型鋼端部的縫隙處按照焊縫長度10 mm進行焊接;若并行間隙≤8 mm,槽鋼與型鋼端部連接位置按照焊縫長度30 mm進行焊接;焊接電池艙板時,艙板與骨架盡可能完全貼合,艙板周邊與骨架搭接處封角焊15～20 mm,中間位置按照焊縫長度8～10 mm、焊縫間距80～100 mm進行焊接,固定孔處均勻點焊3個焊點,并磨平。

5) 規范測量方法。電池槽鋼測量要求：電池槽鋼焊接完成后,采用1.1 m直線樣板作為測量工具,測量時要同時兼顧對角方向及電池裝入/裝出方向,平面度差≤2 mm,使用電池槽鋼檢驗胎檢驗同組電池槽鋼(1個電池包安裝平面由3根電池槽鋼組成,即同組電池槽鋼)安裝孔平面度,平面度差≤2 mm。

電池艙板測量要求：電池艙板與固定孔及塞焊孔處槽鋼貼合間隙≤0.5 mm,采用1.1 m直線樣板作為測量工具,平面度差≤3 mm。

6) 優化撐桿結構：一是優化車架工藝撐桿點焊方式,將倒“V”形優化為“π”形,增加車架點后連接點強度,如圖5(a)所示;二是在外端開放結構的后高地板調形完成后,在格柵內側點焊工藝撐桿(如圖5(b)所示),防止在運輸及合車過程中產生變形,合車后由合車人員拆除(采用角磨機去除,嚴禁錘擊)。

在轉運時采用雙行車同時吊裝車架前段及后段,保持車架受力平衡,減少吊裝轉運變形。

(a) “π”形工藝撐桿及吊裝位置

(b) 外端開放結構點焊工藝撐桿

7) 優化裝配順序。嚴格按照施工流程對電池包進行安裝：首先用叉車將電池包推入后艙內,使動力電池包對應車身安裝孔位放置,調整電池包位置確保電池包安裝孔與車身安裝孔相對應。然后在10.9級M12的螺栓與螺母結合處涂抹不少于3個螺紋的243中強度螺紋鎖固膠,分別加直徑12 mm彈墊、電池包專用固定平墊后將螺栓由上到下穿入通用孔內,用氣動扳手采用對角緊固方式將電池包與6個固定點進行緊固,緊固力矩為(80±5)N·m,緊固完畢后點紅漆確認。

安裝電池包時注意觀察艙內部件、支架等結構,確保電池安裝空間足夠,安裝過程中嚴禁暴力施工,避免電池包殼體損壞,安裝完畢后檢查箱體及配件結構是否損壞。

8) 效果驗證。對2022年1月至5月投產的328輛電動客車的電池包殼體平面度合格數據進行統計,情況如下：LCK6106EVGA2車型合格率由56.0%提升至83.68%,LCK6126EVGRA1車型合格率由61.12%提升至86.95%。

3 結束語

通過技術提升、工藝優化、生產控制、質量管控等措施,實施電池槽鋼下料精度、格柵組件制作、設計結構、施工方法、測量方法、胎具控制、轉運吊裝、電泳變形、裝配順序9個階段的優化提升,LCK6106EVGA2和LCK6126EVGRA1車型的電池包殼體平面度一次性合格率都有較大提升,減少后續修校提高生產節拍,保證電池安全性和美觀性,提升產品質量。