刘景真

LIU Jing-zhen

中国重汽集团青岛重工有限公司 山东青岛 266111

1 前言

混凝土搅拌运输车作为“一站三车”中的一种专用车辆，已经广泛应用在工程建筑行业。近年来，随需求市场的变化和生产企业的增多，混凝土搅拌运输车生产企业的竞争日趋激烈，单车利润下降。各大生产企业也在想尽办法降低成本，包括细化、改进制造工艺，进行标准化生产，流水作业，降低成本，以获得更多的效益。

互换性是现代化生产的一个重要技术经济原则,它普遍应用于机械和汽车产品的生产中。在机械和汽车制造中，遵循互换性原则，不仅能显著提高劳动生产率，还能有效保证产品质量和降低成本[1]。混凝土搅拌运输车前台(也称为前支撑)作为关键部件，一直是各大改装企业优化改进的主要目标之一，其结构稳定性以及使用安全性对搅拌车的整体性能至关重要[2]。前台常采用凹凸定位块的形式与副车架连接定位，精度要求高。提高前台的互换性，便于组织生产，进行标准化作业。常规工艺下前台和副车架的定位块采用配焊形式定位，在后期罐体副车架装调不合适时，无法进行调换，不具有互换性，不利于流水线生产。因此，笔者在前台和副车架的连接上进行制造工艺的改进提升，以达到前台互换的目的，实现分散制造，集中装配，提升生产效率，降低生产成本。

2 前台连接结构和作用

混凝土搅拌运输车主要由液压系统、搅拌罐总成、底架总成、进出料系统、操纵系统、清洗系统及电器系统组成。对于混凝土搅拌运输车生产企业而言，搅拌罐总成和底架总成是其生产的两种大型总成，其中搅拌车底架又包括前台、后台、副车架、支撑臂总成等主要构件。底架总成承载着搅拌罐总成，搅拌罐本身具有一定的角度，混凝土搅拌运输车在作业时，载荷几乎都是由底架来支撑，车辆行驶过程中也会形成非常大的冲击载荷，因此用户对底架结构的设计制造提出了很高要求。目前副车架、后台、支撑臂总成三个构件的连接形式均为焊接形式，前台与副车架连接有焊接和装配两种形式，焊接结构一般仅应用在小立方混凝土搅拌运输车上，前台与副车架的装配形式是目前市场上混凝土搅拌运输车最为主要的结构形式。在底架其他结构均为焊接连接形式的状态下，前台与副车架的装配形式就更为重要，因此前台与副车架的连接设计有定位块，具有抗冲击、剪切载荷和连接定位的作用。

前台与副车架的具体结构形式为副车架用凹形定位块，前台用凸台定位块，左右各两个，如图1所示。通过前台底面的4个凸台定位块卡入副车架上的凹形定位块，限制前台的前后位置和左右位置，然后用U型螺栓将两者连接在一起。不同厂家结构形式有所差异，但原理相同。

图1 前台与副车架定位块形式

3 前台互换性分析

混凝土搅拌运输车生产企业对于前台主体的制造都有自己行之有效的保证措施，可确保其主体尺寸符合产品的技术要求。针对前台与副车架连接结构的控制，往往采用先焊接一种部件的定位块，再配焊另一种部件定位块的方式。通常是按照图纸，利用工装将前台定位块焊接好，然后将前台吊至副车架上，调整前台在副车架上的位置，前台中心对齐副车架中心，测量调整前台的前后距离，满足图纸尺寸要求后，配焊副车架4个凹形定位块，最后用U型螺栓将两者紧固在一起。虽然最终实现了两者的连接定位，满足了设计要求，但因为配焊的存在，无法实现前台的互换，不能实现两者的直接装配，不便于标准化生产、流水作业。

实现前台的互换性，需要同时控制前台4个定位块和副车架4个定位块的位置精度，同时提高凹凸定位块定位面的加工精度。凹凸定位块单件加工精度通过机加工保证，在此不赘述，凹凸定位块的位置则需通过设计制作工装保证其精度。

4 工装设计

4.1 工装设计原则

要提高前台和副车架定位块的位置精度，必须通过整体定位工装让4个定位块一次同时定位，保证其相对位置。在4个定位块定位后，整体工装与前台或副车架再进行定位，且整体工装的定位需要同前台和副车架生产制造时用的工装定位基准保持一致。

工装限位块采用与凹凸定位块形式相反的凹凸限位块结构对定位块进行定位，工装凹面限位块与前台凸台定位块的定位示意方式如图2(a)所示，工装凸面限位块与副车架凹形定位块的定位示意方式如图2(b)所示。

图2 定位示意图

为保证工装上4个凹面或凸面限位块相对位置的精确，进而保证定位块的精度，工装4个限位块在焊接完后，通过加工中心整体加工限位块的配合面，确保工装定位精度。依据以上的工装设计原则，分别设计制造了前台定位块工装和副车架定位块工装。

4.2 前台定位块工装

前台定位块位于前台的底部，如图1前台与副车架定位块形式中凸台定位块的状态，正常状态下前台定位块的焊缝为仰视状态。如果在这个状态进行定位块的组对和焊接，不仅组对定位困难，精度差，而且仰焊难于保证焊接质量，增加了劳动强度。因此在定位块的组对和焊接时，需要调整为平焊状态进行组对和焊接，以便于控制组对精度和保证焊缝的焊接质量。考虑到以上情况，设计制作了支撑架，将前台倒置放在上面，定位块的状态即可调整为平焊状态，框架采用钢管制作。

前台定位块的工装如图3所示，支撑架固定在工位不动，工装其余部分可移动。工装可移动部分包含工装主体、凹面限位块、夹紧装置、辅助夹紧装置等，其通过工件前台定位。为保证定位的可靠性，该工装定位基准与前台主体组焊时的定位基准保持一致。工装的前后方向通过夹紧装置定位夹紧在前台的横梁上，左右位置通过辅助夹紧装置进行定位夹紧。为减轻自重，工装主体可采用角钢或薄壁钢管。在工装主体上焊接4个凹面限位块，焊接完后，用加工中心对凹面限位块内槽面进行加工，保证4个限位块的内槽尺寸和位置精度。

其工作原理为前台在用工装组对完后，将前台倒置放在支撑架上，再通过夹紧装置和辅助夹紧装置将工装主体定位夹紧在前台上。然后在工装定位后，将前台的凸形定位块插入到工装凹面限位块中，点焊定位块，此时凸形定位块与前台接触的一周焊缝处在平焊状态，拆卸工装主体，完成前台4个凸形定位块的焊接。

4.3 副车架定位块工装

要实现前台的互换性，副车架定位块工装需保证4个定位块在副车架上纵向的位置尺寸和4个定位块之间的相对位置。工装夹具定位有着极为重要的前置步骤，而作为前置步骤，工装夹具定位设计便极为重要[3]。因此，分别从这两个方面考虑设计了工装的定位保证结构，工装外形如图4所示。

图3 前台定位块工装

为更好地保证4个定位块在副车架纵向的位置尺寸，该工装依托副车架本身的组焊平台使用。在组焊平台上布置纵向定位卡槽，用专用螺栓固定在平台T形槽上，其位置可根据需要进行调节。纵向定位卡槽与工装主体上的纵向定位块配合，确定工装在副车架上的位置，纵向定位卡槽和定位块定位面通过机加工保证配合精度。纵向定位卡槽和定位块的配合面具有一定的宽度，可避免工装主体偏斜，为进一步防止工装偏斜也可左右各布置一个纵向定位卡槽，增强工装的定位保证能力。

为保证4个定位块的相对位置，同样是将4个凸面限位块组焊到工装主体上后，用加工中心整体加工4个凸面限位块的配合面，保证4个限位块的位置和定位面精度。凹形定位块侧面贴到副车架纵梁面定位，因此4个面限位块不需要限定凹形定位块的左右位置。

其工作原理为副车架组焊完后，仍然放置在组焊平台上，直至组焊完凹形定位块。首先根据前台在副车架的纵向定位尺寸，在组焊平台的T形槽内移动纵向定位卡槽确定其位置，再用螺栓紧固在组焊平台上。纵向定位卡槽固定好后，直至下一个纵向定尺寸不同的副车架换产前，纵向定位卡槽维持不动，一次定位批量生产同型号产品。然后副车架定位块工装通过纵向定位块插入纵向定位卡槽中，确定其纵向位置，再用定位夹紧装置将工装主体定位夹紧在副车架上。工装凸面限位块的位置即为凹形定位块的位置，将凹形定位块插入工装凸面限位块，紧贴副车架纵梁外侧，即可确定其位置。点焊固定凹形定位块，拆卸定位工装主体，在组焊平台上完成凹形定位块的焊缝焊接。

图4 副车架定位块工装

5 前台互换性的实现

使用前台定位块工装后，前台4个凸形定位块的相对位置精度得到提高，同时因为定位块工装的定位与前台组焊工装的定位基准相同，所以前台4个定位块与前台主体的相对位置也得到了控制，进而前台关键连接尺寸得到控制。使用副车架定位块工装后，副车架4个凹形定位块定位精度提高，也可提前焊接在副车架上，且其在副车架的前后距离一次定位后，同型号产品，不再需要重复定位，提升了工作效率。

在使用工装后，可将前台和副车架各自的定位块先焊接好，再将两者直接装配起来，不再需要配焊，后续装调或维修时，前台也可进行调换，最终实现了前台的互换。制造工艺改进后，前台和副车架可分别完成焊接，再进行集中装配，避免了配焊，有利于流水作业生产，前台与副车架组装状态如图5所示。

图5 前台与副车架组装状态

6 结语

通过分析混凝土搅拌运输车前台在实际生产制造中前台与副车架需要配对使用，不具有互换性的情况，提出了在分散制造，集中装配模式下，需提高前台互换性的改进方向，方向确定后进行了工艺改进提升，设计制作了定位精度高的工装，通过工装保证了关键连接定位块的位置精度，进而提高了前台的互换性。

本文详细阐述了提高前台互换性的控制点、解决思路、详细的工装设计过程，形成了一种解决定位块结构配焊的思路和工艺方法。前台实现互换性后，极大地的便利了生产的组织协调，利于标准化作业，提高生产效率，降低生产成本。在提高混凝土搅拌运输车零部件互换性的工艺改进中起到了示范作用，也为有类似该定位结构的机械产品提供了一种提高零部件互换性的示例。