拖拉機駕駛室裝配線的工藝設計*

李曉培，劉 迅，姬明月，姚文博，陳珮林

(一拖(洛陽)福萊格車身有限公司，河南 洛陽 471004)

0 引 言

駕駛室是拖拉機整車的一個重要的部件，它包含有駕駛員的可操作性，舒適性，安全性、人機工程學等各種相關因素，對整車的性能起著至關重要的作用。尤其近些年隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，農(nóng)機裝備的普及，中大型輪式拖拉機的發(fā)展更是迅猛。為了滿足市場需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善目前的生產(chǎn)條件，公司確定重新進行駕駛室裝配線的規(guī)劃設計。

通過對國內(nèi)外十余家拖拉機/工程機械駕駛室生產(chǎn)工廠進行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)駕駛室裝配線線體形式主要有以下幾種：簡易的手工線(道依茨、迪爾)，板式鏈(鹽拖、福田雷沃、印度西雅克)、簡易鏈條線(土耳其hisarlar)、無動力輥道線(土耳其yaris)。裝配線實現(xiàn)高低工位裝配主要方式有舉升機(迪爾)、梁吊(土耳其hisarlar)、集中在轉(zhuǎn)序高工位(如福田雷沃在空中積放鏈上線處)、地坑(土耳其yaris)。因此可初步得出以下結(jié)論：由于產(chǎn)量以及投資限制，拖拉機駕駛室裝配線與汽車相比較為簡陋，但是拖拉機駕駛室差異大、批量小、外形尺寸高低裝配工位相差大，如何解決這些難題，是設計好一條裝配線首先需要解決的。

筆者通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、裝配工藝進行分析，確定了裝配線的各項參數(shù)，最終完成裝配線的工藝設計。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點分析

根據(jù)項目可研報告，確定產(chǎn)品種類主要有拖拉機駕駛室、工程機械駕駛室、收獲機駕駛室；年產(chǎn)量如表1所列。

表1 年產(chǎn)量統(tǒng)計表 /臺

梳理公司內(nèi)生產(chǎn)的代表機型品種，對各產(chǎn)品外形尺寸、質(zhì)量、發(fā)出方式、存儲方式等內(nèi)容進行分析，形成圖1(局部)。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點分析(局部)

通過圖1分析，最終確定將生產(chǎn)量大、裝配結(jié)構(gòu)類似的駕駛室如LF904、LG1304及擴展型駕駛室采用自動化裝配線共線裝配；年產(chǎn)量小但批次量較大的采用手工線進行裝配，年產(chǎn)量小同時批次量也較小、裝配復雜機型如LF2204駕駛室采用固定工位裝配方式。

2 裝配工藝分析

2.1 裝配工序分析

分析主要機型的工時，并結(jié)合共線生產(chǎn)的機型工序內(nèi)容，確定混線生產(chǎn)工序，確定關鍵工位、共用設備工位。如表2為混線生產(chǎn)工序排布，共計梳理四種駕駛室的生產(chǎn)工序，并梳理出共用設備工位(需要吊運工位)。

表3 工序分析(局部)

2.2 高低工位分析

不同駕駛室高度存在差異，裝配內(nèi)容也存在差異，為了滿足每種駕駛室裝配需求，需要確定一個高度，滿足所有裝配內(nèi)容的需求。同時重新審視裝配工序，將所有機型高工位裝配內(nèi)容排布在一起，這樣后期解決高低工位問題時可以統(tǒng)一考慮。如圖2所示。

圖2 裝配線高度分析

模擬了幾種不同的高度差下進行裝配，最終建議高度差選擇在450 mm。

2.3 線邊零部件物流方式以及存放區(qū)域確定

市場競爭的逐步激烈要求拖拉機制造企業(yè)通過精益生產(chǎn)、物流優(yōu)化來降本增效，從而提升企業(yè)競爭力[1]。本次新設計生產(chǎn)線，對每種物料的來源、去向進行分析，最終確定了裝配線的物流方向圖(如圖3所示)。物流整體圍繞裝配線進行，涉及到外購件、自制件、下線檢測等內(nèi)容，最終達到物流最優(yōu)化設計。

3 裝配線工藝參數(shù)的確定及設計

3.1 工位長度的確定

工位長度是指相鄰兩工件之間的距離。此距離一方面用于保證工件之間有足夠的安全控件，避免工件相撞產(chǎn)生質(zhì)量缺陷；另一方面用于操作者進行工件前、后作業(yè)面的裝配。此長度是裝配線長度設計的最小單元，不僅影響設備的投資，還直接影響裝配線的結(jié)構(gòu)和形式[2]。

圖3 裝配車間物流分析

駕駛室混流生產(chǎn)時，工位長度由外形尺寸最大的工件(駕駛室)決定。已知該條線上駕駛室最長為2.3 m，分析需要通過駕駛室的物料尺寸，并預留相鄰兩臺車前車的后側(cè)以及后車的前側(cè)裝配空間，將工位長度確定為3 m。

3.2 線體寬度確定

裝配線寬度等于裝配工件的寬度加上操作空間以及存放空間的寬度。考慮到工位器具的轉(zhuǎn)運，將工位器具寬度定為800 mm，將線邊存放空間的寬度定為1 100 mm；車門開啟角度為55°，車門寬度最大處為850 mm，這樣駕駛室全展開的尺寸為3 700 mm，加上人員作業(yè)寬度定為單側(cè)900 mm，故整體線體寬度為1 100×2+900×2+3 500=7 500 mm，因此將線體寬度定為7.5 m。

3.3 線體形式確定

根據(jù)本次調(diào)研，初步確定可選線體形式為板式鏈+支撐，板式鏈+小推車，地拖鏈+小推車，地拖鏈+支撐，對比如圖4所示。

圖4 線體形式對比

通過圖4可知，4種方案各有優(yōu)缺點。方案一和方案二操作舒適性較好，操作員工可以與駕駛室同步運行，但是投資較大；兩者相比較方案一駕駛室轉(zhuǎn)運次數(shù)較多。方案三和方案四舒適性一般，操作人員隨駕駛室每天往返運行，但是投資較少；兩者相比較方案四駕駛室轉(zhuǎn)運次數(shù)較多。考慮到本次投資有限，而且轉(zhuǎn)運會增加駕駛室磕碰傷的幾率，因此選擇方案三。

3.4 裝配線長度確定

生產(chǎn)線節(jié)拍計算：最大設計年產(chǎn)5萬臺，每年工作天數(shù)250天，則班產(chǎn)200臺。每班工作時間8 h，考慮到操作工人中間休息、疲勞等情況出現(xiàn)，將生產(chǎn)節(jié)拍定為2 min/臺。根據(jù)2 min的節(jié)拍來排布工位，共計48個工位。預留4個備用工位，通過計算，將線體長度定為160 m。

3.5 地拖鏈的設計

(1) 線體小車的設計 該線體小車需要從涂裝積放鏈處接收骨架，然后上線進行裝配，下線后進入淋雨間進行噴淋試驗，合格的話下線發(fā)出或者存儲，不合格的話進入返修區(qū)。考慮到駕駛室的防護，發(fā)出駕駛室時需要使用工位器具。為了減少轉(zhuǎn)運次數(shù)，確定小車分為兩部分，上端是托盤，下端是小車車體。這樣下線時無論發(fā)出或者存放，均使用托盤，小車采用牽引車牽至涂裝骨架下線處進行下一循環(huán)的使用。駕駛室頂部裝配內(nèi)容因高度不足難以裝配，需要考慮人員站立問題。因此，該小車需具備與地拖鏈能輕松對接并脫開的機構(gòu)、牽引機構(gòu)、裝配站立面、防腐功能、托盤與車體輕松連接與脫開機構(gòu)。

該線體小車需要用于4大系列共計10余種機型共用。這就需要找到各種駕駛室能夠通用的點。通過分析每種駕駛室的產(chǎn)品特點，發(fā)現(xiàn)駕駛室大小差距較大，最終選擇前端支點共用，其支撐點選擇駕駛室與底盤連接點，并設外邊緣限位；后端根據(jù)每種機型的特點，設計各自支撐點，滿足駕駛室的裝配。經(jīng)過樣件試制以及小批試裝，小車結(jié)構(gòu)確定，某一機型小車支撐效果如圖5所示。

圖5 線體小車設計效果

(2) 地拖鏈設計 地拖鏈為行業(yè)內(nèi)較為成熟的產(chǎn)品，此次主要在于與小車對接方式的設計。如何使小車與連體輕松連接并脫開，是本次設計的難點。通常情況下，地拖鏈采用插銷結(jié)構(gòu)，但是考慮到人工上下線是插銷結(jié)構(gòu)的不安全性、人力資源浪費以及小車多次進入淋雨間后插銷結(jié)構(gòu)的可靠性，確定不再使用插銷結(jié)構(gòu)，而是使用推頭機構(gòu)，將推塊固定在鏈條上，將插銷設計為彈簧結(jié)構(gòu)，可自行越過推塊，推塊也可以自動帶動插銷前進。如圖6所示。

圖6 推頭機構(gòu)

根據(jù)最低最高年產(chǎn)量以及日產(chǎn)量將線體速度定位0.6～6 m/min可調(diào)，又根據(jù)工件重量，進行線體的電控設計。最終實現(xiàn)裝配線可頻繁啟動、停止，可調(diào)速，設備潤滑部分可自動加油。另外由于線體較長，在線體中間設暫停、急停按鈕，用于緊急狀態(tài)下的線體停止操作。

3.6 設計應用結(jié)果總結(jié)

該項目各項參數(shù)確定后，通過與設計院以及設備產(chǎn)家共同實施，最終在2018年投產(chǎn)運行。截止目前，該條線體已完成駕駛室裝配3萬余臺。使用過程中反饋運行平穩(wěn)、故障小，滿足了公司大批量、多品種裝配的需要。

4 結(jié) 語

拖拉機駕駛室裝配線的設計，最終目的是產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足市場的需求。技術(shù)方案選型中，要全面分析新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及市場需求的趨勢，裝配工藝以及工藝設備要有較強的多品種適應能力，并結(jié)合各生產(chǎn)車間的實際情況，結(jié)合生產(chǎn)綱領、投資費用、維修成本以及設備故障率等各項指標綜合考慮[3]，選擇適合自己企業(yè)的生產(chǎn)方式，達到投資少、滿足生產(chǎn)綱領、獲得良好的經(jīng)濟和社會效益的目的。

此次駕駛室生產(chǎn)線工藝設計，制定了合適的整個線體物流方案，選擇了適合的生產(chǎn)線體形式，最終達到柔性化生產(chǎn)，并提高了生產(chǎn)效率。本項目積累的經(jīng)驗對后續(xù)持續(xù)改善有借鑒意義。