一種總裝車間底盤裝配線吊具的設計

蘇曉宇

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545000)

0 引言

根據中國汽車工業協會數據統計，2021年5月新能源汽車產銷雙雙超過90萬輛，分別達到96.7萬輛和95.0萬輛，同比均增長2.2倍[1]。新能源車銷量快速增加，燃油車增速在放緩[2]，汽車生產企業在滿足燃油車產能的同時，需要考慮如何快速提升新能源車型的產能需求。由于電動汽車的驅動系統、動力電池、底盤結構與燃油車相差很大，且電動車行業處于起步狀態，很多車企從小型電動車開始研發，導致現有的燃油車汽車生產系統不兼容，需要對生產輸送系統進行升級改造。從節約成本、提升效率的角度考慮，最有效的辦法就是把新能源車導入現有的燃油車生產線。但是新能源車的底盤裝配工藝結構與燃油車相差較大[3]，傳統吊具不能兼容。因此，本文設計出一種能滿足不同軸距的車型共線生產的底盤裝配線柔性吊具，成為實現傳統燃油車裝配輸送系統兼容新能源車的關鍵所在。

1 傳統吊具結構

傳統底盤線吊具結構如圖1所示。

圖1 傳統底盤線吊具結構

總裝車間的生產線一般分為內飾線、底盤線和最終線。底盤裝配線作為零部件安裝最復雜的線體，承接著底盤動力系統、傳動系統、轉向系統、動力電池等大零部件的安裝，對底盤吊具的支撐位置有明確的要求。傳統的底盤線吊具為L型結構，由浮動框架、承載框架、吊臂、承載橫梁、支撐塊組成。

車身放置在承載橫梁兩端的支撐塊上，通過浮動框架接入輸送線軌道。承載橫梁焊接在吊臂上。吊臂的旋轉軸與承載框架的帶座軸承連接，通過吊臂的旋轉實現車身的交接上下線。承載框架的連軸安裝在浮動框架的連接結構件上，在輸送線的運行過程中，前后連接軸可沿垂直方向移動，并與行走輪配合，防止車身在坡段輸送過程中出現傾斜。其中承載橫梁為一體式設計，由于支撐間距無法調整，長軸距和短軸距車型共線生產時，動力系統、傳動系統和動力電池等零部件的裝配空間受到限制，不能兼容長短軸距車型共線生產。

2 柔性吊具結構

為滿足兼容不同軸距的車型共線生產需求，文中設計了一種柔性底盤裝配線吊具。該設計將底盤裝配線吊具劃分為主體結構與承載結構，并將承載結構設計為可伸縮機構，其主要的設計原理如下文。

2.1 吊具主體結構

與傳統吊具結構類似，設計的吊具主體結構包括浮動框架、承載框架、吊臂、承載橫梁，主體結構與傳統吊具保持一致，具體結構如圖2所示。

圖2 吊具主體結構

2.2 吊具承載結構

承載橫梁采用分段式設計，將傳統結構的固定式承載橫梁設計為固定梁和移動梁。固定梁通過連接板與吊臂螺栓連接，移動梁通過直線軸承和軌道與固定梁連接，前支撐塊位于固定梁上，后支撐塊位于移動梁上，通過連接在固定梁上的軌道和移動梁上的直線軸承實現固定梁和移動梁的移動功能，從而實現底盤吊具支撐位置軸距可變功能,具體如圖3所示。

圖3 吊具承載橫梁

在固定臂的外側，設置扭簧式鎖緊機構，用于鎖緊固定橫梁和移動橫梁。移動橫梁安裝定位用邊板，根據不同車型的軸距長度在邊板處設計對應的卡槽位置，通過扭簧鎖緊機構鎖緊，并配和鎖緊機構自動打開裝置和吊具切換機構的撥桿機構，可以實現移動橫梁位置的自動切換和鎖緊，滿足各種不同軸距車型的支撐位置需求。

2.3 結構對比

底盤裝配線柔性吊具設計原則是不改變現有的生產線結構，設計中保留了吊具主體結構、行走機構和浮動機構，節約了改造時間和改造成本。承載梁采用了分段設計，與傳統固定式承載梁相比，實現了底盤吊具后支撐位置可調。此設計方案中，底盤裝配線吊具改造前支撐位置間距1 270 mm，設計成伸縮支撐后，支撐位置可調節范圍為640～1 270 mm，可滿足不同軸距的車型共線生產需求。

3 柔性吊具的仿真受力分析

3.1 載荷

吊具結構設計過程中需要考慮的主要載荷如下：以某主機廠生產的質量最大的車型為例，滿載質量為1.5 t，安全系數根據經驗設置為1.1，將吊具承受的力平均分配至吊具的4個支撐腳上，方向沿著Z方向。因此，每個支撐腳在支撐面上沿Z方向均布施加力的大小為4 100 N。同時，假定在運輸過程中，旋轉軸與帶座軸承相對位移保持不變，約束與浮動框架連接處的6個自由度，左右對稱設置。

3.2 工況分析

根據工程經驗，底盤輸送線的吊具在輸送車身的過程中，主要存在開裂的風險。因此，需要通過仿真分析計算，評估吊具在輸送車身的過程中，吊具的許用應力值大小是否滿足使用要求。

3.3 吊具的許用應力

在強度計算中，用材料的屈服極限除以安全系數，所得結果稱為許用應力，用[σ]來表示[4]。所設計的吊具采用的材料為Q235，對應的屈服極限為235 MPa，校核安全系數取1.1，則許用應力為213.6 MPa。

3.4 模型簡化

由于本文設計的柔性吊具是左右完全對稱的，因此在仿真分析時只需要建立左側的模型即可。

3.5 計算模型

采用Hypermesh建立模型，由于零件厚度較大，網格統一采用3D單元四面體進行模擬，大小標準為4 mm，如圖4所示。仿真模型建立完成后，采用Nasrtan軟件進行應力計算分析，并在Hyperview后處理器中查看仿真分析結果。

圖4 仿真模型示意

3.6 仿真結果分析

根據力矩公式，當柔性吊具的支持軸距伸出到最大極限位置時，吊具承受的應力值最大。因此，取支撐最大軸距時的結構狀態進行強度應力仿真分析。仿真結果如圖5所示。

圖5 仿真結果

由圖5的仿真結果可以看出，最大應力值出現在連接彎臂與承載框架搭接處，其應力值為194 MPa,小于許可的應力值211.5 MPa。因此，本文設計的柔性吊具滿足強度性能要求,不存在開裂的風險，設計滿足工程使用要求。

4 結論

(1)設計了一種底盤裝配線吊具，通過分段式承載橫梁設計，實現了支撐塊位置可調；

(2)與傳統吊具相比，文中設計的吊具柔性高，可滿足不同軸距的車型共線生產需求；

(3)所設計的吊具改造難度小，安裝速度快，節約生產線的改造成本。