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驱动桥装配线设计与实施
2011-07-07 龚学全、金红卫、王宜前、刘奎波、梁兴华、洪 旗、李明晟
（广西柳工机械股份有限公司驱动桥厂）
 一、概述
随着装载机市场的日趋成熟和增长，原有的驱动桥装配工艺已经不能满足要求。通过“十一五”技术改造，改进驱动桥部件及总成的装配工艺、提高生产效率和装配质量，改善装配车间物流和工作环境，保证驱动桥装配水平在国内同行业适度领先，以适应公司发展战略需要。
 二、工艺方案
(一)工艺布局的改进
1、 改进前（如图1）
(1)、生产线采用钢架结构，总长20m，高度0.8m。分上下两层。总成横向放置在小车上随车在轨道上层装配，由人力推动。总成下线后小车由下层返回。工人劳动强度较大，跨线操作困难；
(2)、整条线可同时放置总成15根，两根桥间距不足0.5m。装配过程采用批次装配（5-6根/批），各零部件（如轮架组件、轮壳组件、内齿轮以及主传动组件等）的供应也按照批次供应，因此主线存放较多的零部件；
（3）由于主线一侧靠近墙壁，宽度不足3m，无足够的物料摆放区，造成现场摆放混乱。定置管理困难。工位不明确；
（4）零部件的预装区位于主线一侧，另侧的物料用行车吊运进行装配，效率不高。严重影响产能，无法满足公司发展需要；
2、 改进后（如图2）
（1）、装配线长37.6m，有效工位18个，相邻两根桥间距1.2m，员工可自由通过装配线，极大方便了装配；
（2）、装配台车采用地下返回，由电机拖动连续运转，大大降低了员工的劳动强度，并能够根据生产需要调整运行速度来调整生产节拍，实现精益生产；
（3）、台车与牵引链之间为销联接，操作牵引销可调整装配线的工位间距，达到调整装配线工位数的目的。台车上的支撑为活动式，可根据不同品种的桥的尺寸进行调节，实现不同车桥的混线生产，使生产组织柔性化；
（4）、装配主线在原来的位置向外移动2m，与墙壁距离达到了5.6m。两侧分别划分配送通道、物料区和操作区，彻底改变了装配现场的混乱局面。

图1   图2

表格 1改进前后对比表
项目
改进前
改进后
线长（m）
20
37.6
工位数
15
18
动力
人力
电机
劳动强度
大
小
效率
低
高
物流状况
混乱拥挤
整齐顺畅
（二）装配工艺的改进
 1、改进前
（1）工艺路线：总成装配→试验→清洗→存放→喷漆→成品存放（露天）；
（2）总成装配过程中，内齿轮由人工装配。以每件重约40Kg的50型号为例，75台产能计算，搬动重量达到6000Kg，劳动强度大，严重影响了生产效率；
（3）按照工艺，桥总成上螺栓扭矩控制比较严格且螺栓数量较大。改造前，螺钉用扭力扳手扭紧，人为因素影响较大且效率低下；
（4）总成喷漆工序条件简陋，操作繁琐，效率低，总成在完成装配后不能及时进入下一工序，需要在车间内存放，原本狭小的车间内部更显杂乱拥挤；
2、 改进后
（1）工艺路线：总成装配→试验→清洗喷漆→成品存放（总成库）；
（2）制作专用吊具进行内齿轮装配，大大降低了劳动强度，提高工作效率；
（3）在关键工位配置定扭矩风扳机，严格控制螺钉扭矩，保证工艺要求；
（4）改造总成涂装线，提高涂装线生产效率，保证总成在完成装配、清洗后及时喷漆，避免在大量囤积半成品，确保物流通道顺畅；
（三）物流改进
1、改进前
（1）仅配备了一台柴油叉车进行物料的配送，不能满足物料配送的需要；
（2）物料清洗人员清洗零件没有规律，部份零件大批量清洗，而有些零件不能及时清洗，造成工作人员因缺件不能装配，从而影响生产；
（3）车间内没有物料临时存放区域，清洗的物料直接配送各工位。因部分零件清洗量远远超过需求量，大量零件堆放在现场，造成物料摆放混杂，并且存在着较大的质量隐患；
（4）由于叉车车体较大，部分物料不能完全配送到工位，需要将物料二次吊运；
（5）叉车为柴油叉车，排放的尾气对环境造成污染，生产环境较为恶劣。
2、 改进后
（1）用一台电瓶叉车取代柴油叉车，并且增加2部2T的小电瓶叉车分别对大件物料及小件物料进行配送，保证物料能够按批次及时配送到位；
（2）制定物料批次清洗顺序表，严格按照装机顺序清洗物料，做到物料按需配送；
（3）增购专门器具盛装各标准件，避免了标准件随地摆放的不良习惯；
（4）重新设计并制作专用工位器具，淘汰容量过大的工位器具，避免了零件互相磕碰，
（5）保证零件质量，实现物料的定容、定量、定置管理。
（四）生产效率的提升（见图表1）
1、改进前
装配线日产60台/天，高产期日产最高75台（9小时/班），远不能够满足公司的高速发展；
2、 改进后
最高日产可达140台（9小时/班）。

（五）主传动装配线的改进
1、改进前
（1）主螺旋锥齿轮组件的调整
主螺旋组件的调整分为轴承内外圈的压装以及轴承间隙的调整。改进前轴承内圈的装配采用的是热敲，外圈采用手工敲击。装配效率低且劳动强度大。
作为另一关键部件，小螺旋轴承间隙的调整要求同样比较严格。改进前轴承间隙的调整需要手工用带槽螺母预紧，往往每件组件要拆装数次才能达到要求                           
的轴承间隙。重复动作多，时间浪费严重。（如图3）  

                                                          图3
（2）差速器组件的装配 （如图4）        

                                                               图4
         改进前差速器的组装为台式小批量装配模 式。差速器与大轮连接螺栓为铰制孔用螺栓，数量为12。改进前使用锤子敲装螺栓；20颗螺母用冲击扳手打紧，扭矩控制较困难， 螺母扭到位还需要逐个对孔穿开口销；差速器轴承需要热装，而轴承自身带的防锈油在加热时会产生油烟，污染车间环境；在装配轴承时，装完一端后需翻转组件装另一端，过程中对螺旋齿轮有很大的冲击，造成齿轮磕碰，装配效率低且劳动强度大。 
         （3）主传动总成的装配（如图5）

                                                                   图5
主传动组件的装配采用固定台架式。
改造前有台架12个，分为3组，3人操作，日产能基本可满足装机需求。台架式装配柔性较强且相对稳定，但是由于3组台架摆放过于集中，而装配过程中行车的使用频率又较高，经常造成行车干涉，严重制约主传动的产能。
 2、改进后
（1）提高装配质量：
主减速器总成的装配质量在很大程度上取决于主齿轴承正确的预紧程度和差速器主、被齿轮的正确啮合位置，而这些都取决于调整垫片厚度的正确选取。
改进后的装配采用计算机测量尺寸链相关尺寸并正确选取调整垫片的厚度，取代凭经验选垫的方法；
（如图6）                  

                                       图6            
采用压力机压装轴承，避免或减少手工敲打，保证轴承的装配配质量。
采用美国库柏电动拧紧机，保证重要螺栓的定值拧紧，精度高，工作可靠，生产率高。
 （2）理顺物流，提高装配效率
根据主减速器总成和前、后桥的的结构特点，理顺线上物流，保证成对零件（如主、被齿，差减速器左、右壳等）正确配对安装，不允许出现混淆错装；避免零件在装配和输送过程中的磕碰；合理布置车间，理顺车间物流。
（3）降低装配劳动强度
设计和采用专用工、辅具，尽可能降低劳动强度；
（4）总体设计和平面布置（如图7）

                                                         图7
采用三环线的总体设计方案。三环分别为：主螺旋齿轮组件的装配和调整（主环）；差速器组件的装配（差环）；两组件装配完成后汇集到合环线完成总成装配（合环）
 3、裝配线主要设备结构和功能描述                  
（1）输送线
主减速器总成装配线采用非同步柔性输送线，方便平衡各工位间的节拍差异，并可较好地发挥装配线的生产潜力，适应多品种变化的要求；
采用电动积放式平导轨小车输送线。线上设停止器、缓冲器、定位器，可随时停止与启动；小车上设有电动360°回转装置和分度定位装置，以适应合装时翻转的要求。
（2）计算机控制测量选垫机（如图8、图9）

   图8  图9

        设置专门的测量工位，采用工控机控制的专用测量机，该测量机可在线模拟加载测得有关数据。计算机处理实验修正值后，数字显示和选取调整垫片，从而确保装配质量，减少直至杜绝返修重装现象。测量机还附设垫片厚度检测工具，以消除垫片名义尺寸误差。
(3)专用压力机                                         
采用ＰＬＣ控制的压力机压装轴承，确保压装平稳到位，提高轴承安装效率。
(4)四轴电动拧紧机（如图10）

                                              图10
大螺旋锥齿轮螺栓和左、右差壳螺栓的拧紧，采用美国库柏电动拧紧机单轴组成的四轴拧紧机，可实现不同分布圆的快速转换，可设定扭矩值和合理的轴间拧紧顺序，扭矩大、精度高，工作可靠，显著提高生产率和装配质量。
(5)电气装置及其它                                  
采用西门子ＰＬＣ控制装配线上设备；装配线各设备的供气、供电和照明采用供气、电合一的桥架系统，结构紧凑，外形美观。
 （六）轮毂、轮架等部装线的改进
1、改进前（如图11）    

                                                    图11
（1）在工作台上预装行星轮组件，用平衡吊将行星轮架吊到平板车上，在平板车上完成轮架组件的装配，装配完成后将平板车推到主线旁存放；
（2）劳动强度大，零件批量流转，零件易磕碰；  
        2、 改进后（如图12）

                               图12
（1）利用滚道代替平板车，轮架组件在滚道上装配完成后推至总线旁备用；
（2）规范现场物流，配备电动翻转设备，降低劳动强度，零件单件顺序流转，防止零件磕碰等问题；                                               
（七）其它改进
1、 改进前
（1）涂装设备较简陋，只有一个面漆喷漆室，没有底漆喷漆室，没有烘烤房，总成喷漆后自然干燥；
（2）总成存放场地太小，喷漆后只能露天占道存放，遇阴雨天严重影响总成表面质量。
2、改进后（如图13）

                                                       图13
（1）采用悬链输送半自动涂装线。总成在完成试验后由挂链输送进清洗机进行清洗，清洗后强制风冷干燥，送入多级水帘喷漆间进行喷漆，喷漆完成后进入流平室进行流平，再送入烘干室进行烘干，最后通过悬链输送至新建的总成库房存放；
（2）喷漆节拍从原来的10min/根降低到4.5min/根，总成库的建成保证了油漆100%干燥，确保了产品的外观质量。
三、创新性分析
1、采用先进的工装设备保证装配质量，如采用定扭矩扳手、专用压装机等。
2、配备先进的桥总成检测设备，如桥总成气密性检测技术，数控桥总成试验台等。
3、合理调整装配工位和物料放置，优化装配内容，平衡装配节拍，生产节拍由原来的8min/根降到5min/根，日均衡生产能力可达120台。
4、先进的主传动装配线，具有多项先进装配技术：如保证锥轴承装配间隙的计算机选垫技术；保证螺栓拧紧力矩的多轴电动拧紧机；专用油压机及带翻转的移动装配小车等。
5、以成熟的地下循环式地拖链桥装配线取代地上返回式装配线，动力拖动，可调的线速度，有效的减轻了工人劳动强度，平衡了生产节拍。

四、经济效益
正常二班制生产（每班9小时），桥总成的日最高产能由改进前的75台套/天提高到目前140台套/天，产能提高86.7%；
财务收益：固定费用节约23.8769 万元，产能提升的销售利润增加额111.3319万元。合计：年产生经济效益 135.2088 万元。

五、推广价值
运用先进的装配线设计理论及工业工程的理论知识，结合实际的生产进行研究分析，合理的进行车间布局及各生产工位的划分，推动施行精益生产。
借鉴汽车行业先进的装配工艺和方法，并结合工程机械行业的实际情况，运用汽车行业成熟的装配工艺，提高产品质量，在重工行业有着广泛的推广价值。

六、结论
驱动桥装配线各项目均能满足柳工桥装配要求，符合职业健康安全环境的要求。
桥装配车间的改造系统科学的运用了装配线设计和工业工程的理论知识，结合工程机械的特点，同时吸收了国内汽车行业成熟的装配技术，原制造技术部、驱动桥厂及其它部门协同努力，历时一年两个月的时间完成。
装配线大量采用保证装配质量、提高劳动生产率和降低劳动强度的先进生产工艺及设备。如翻转工装和输送滚道、控制螺栓拧紧力矩的定扭矩风扳机和拧紧机、轴承游隙调整用的测量选垫机、轴承压装机等，充分体现了改造的先进性。
本次桥装配线的成功建造，对于提升柳工装载机的核心零部件制造能力，保持公司核心技术在全国同行业的适度领先，实现公司的十一五规划有着极其重要的意义。

（该项目成果获2008年度广西重工业先进工艺工装成果一等奖）