发动机总成装配线技术方案的探讨

作者：南京斯凯汽车设备制造有限责任公司

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 为了适应汽车市场日益加剧的竞争形势,汽车生产厂家越来越重视产品的性价比。厂家根据对市场的分析理解，选择或开发一种车型，恰如其分地定位各个总成的性能和各项主要质量标准，以保证产品的性能指标；在达到上述目标的同时，也要努力将投资和产品成本降到最低。以上两个目标，是生产厂家追求的主要目标，也是决定一种车型投放市场成败的关键所在。 新建装配线的技术方案定位的方向是至关重要的。要避免两个误区：一是有的技术方案过分注重所谓形象，采用了一些不是很必要的，华而不实甚至是不太成熟的新技术或高配置，多花很多甚至几倍的资金，但取不到应有的效果，投资回报率低，最终客观的评价是很不理想的。二是有的技术方案一味只追求节省投资，装配线削减了许多必要的设备和功能，从而不具备装配出高品质产品的最基本条件，结果花了钱也达不到应有的效果，反而造成了浪费。 对同一条装配线技术方案的要求，不同人群从不同角度往往得出差异很大的结论，所以我们主张在确定技术方案时要多看，多思考，多讨论，实事求是地对具体情况作具体分析，将技术方案的方向定得更科学。 一条典型的装配线应具备以下七方面基本功能： ①质量保证功能、②满足通过多品种产品的柔性功能、③对设备的监控功能、④信息管理功能、⑤安全与人机工程合理化功能、⑥物流与零件供应功能、⑦完成总成装配后的整机测试功能。 产品质量保证功能 此项功能是装配线的核心，是一条装配线最基本功能，也是耗资最大部分。这项功能技术定位，要考虑如下因素： 首先，依据是某汽车产品的档次和产量。 不同的产品，对装配线有不同的要求，如高档豪华轿车的总成，由于这类车型的总成追求的目标是性能优越，故对装配质量要求高度稳定可靠，而且这类车售价都很高，高的设备费用在成本中也比较容易分摊。所以在技术方案中质量保证措施应该是很完善的。但对于普通和较低档次的车型，由于整车售价就很低，分摊到总成装配上的费用很少，因而在质量保证的技术措施方面，应该只要求必要的质量保证措施到位同时辅以一定的经过严格培训的工人进行操作和监控，来保证装配质量。 其次，是确定质量保证措施的风格和原则。 这是造成设备投资差异的重要因素。欧美类型设备质量保证基本是依赖设备，以求排除人为因素差异对质量的干扰。这一原则从技术角度去看是完备的，但随之而来的设备高投资，带来汽车产品的高成本。 日本类型设备质量保证措施基本上是采用必要的技术措施加高素质人员的操作和监控，如丰田公司的操作人员上岗前必须经过严格培训，考核合格后才允许上岗，这一原则起码已给经济型轿车生产带来了众人皆知的成功。 人的因素第一是中国一向倡导的最基本管理原则，但我国的汽车工业实际上对人员培训往往重视不够。有时虽然花了大量资金购置了先进设备，但由于人员培训没有跟上并没有有效的发挥其作用。所以在制定技术方案时，应该实事求是地看待欧美与日本的经验和技术，认真吸收别人优点和经验，走自己的路。 第三，确定装配线的配置水平。 一个大型汽车集团，它的产品必然包括从低档次到高档次的各种产品，同时还会包括轿车、大客车和商用车等各种车型，各产品产量和生命周期也会千差万别，显然对不同的产品用同一种装配线的模式和配置都用统一的水平去要求是不合理的，应该有所区别。 选配与测量 为了保证产品质量，相匹配部位有时采用中间调整环节，来确保配合性质。调整环节的选取需根据相匹配部位的实际尺寸选配，如缸孔和活塞、曲轴主轴瓦与连杆瓦、气门高度与凸轮轴基圆以及变速器中各类垫片等。 曲轴主轴瓦与连杆瓦测量与选配：一般均采取上瓦依据缸体主轴承孔的实际加工尺寸，下瓦按曲轴主轴颈尺寸 ，2组数据通过计算机运算后把应选轴瓦号码通过装配线设定的方式送到装瓦工位，同时送到带有指令信号的轴瓦智能料架，指示操作者应取的各轴瓦(轴瓦生产厂家已按主轴孔和曲轴颈的加工公差带分成若干组)。由于零部件的制造往往是通过协作网和不同厂家提供, 不可忽视的是孔和轴颈加工数据真实与准确和传送代码的有效。如果不真实，将失去选装效果。相对发动机档次较高的生产厂家，为了提高准确性，在装配线上设置了对主轴孔和曲轴颈复检(如一汽的马自达6发动机装配线)连杆瓦通常上瓦依据曲轴连杆颈，下瓦依据连杆大头孔尺寸选配，具体方法和可能出现的问题与解决办法同主轴瓦的选配。 活塞连杆的选装：活塞基本上按缸孔尺寸分组，连杆按重量分组。活塞连杆合件基本上都在主装线外的分装线上完成。活塞连杆合件要依据缸体的数据组合，需在主线上适当的工位将缸体上带码的缸孔数据(或分组标记)及时送到活塞连杆分装线,活塞连杆分装线据此提供活塞连杆合件和连杆大头孔数据给连杆瓦选瓦工位。需设置主装线与活塞连杆线数据通讯和活塞连杆分装线一组活塞连杆下线(通常用托盘装载一组活塞连杆合件)的积放与主装线取料环节和主装线对这组活塞连杆的识别确认对连杆数据取值装置。 选装气门垫片时的气门高度测量与凸轮轴基圆测量：以上两项测量均应采用相对测量，即测量一组缸孔上的4个气门高度应以这个缸孔位置的凸轮轴主轴孔中心为基准。这样可以排除机械加工时的误差引起测量时的假象，如凸轮轴加工总有些弯曲，但装入缸盖后，弯曲度可以得到校正。 一般上述两项测量机多采用一次测量，即每个缸孔采用6个测量头(即4个测进排气门，2个定本缸孔的凸轮轴孔或凸轮轴颈的中心线)。4缸机即需24个测量头和相应的转接箱或测量柱。它的优点是测量时间短，缺点是造价高。如果采用正体校正件一次校正，即每个缸每组测量头单独用自己校正部位校正，4个校正部位之间存在差异，都会影响测量精度。我们建议在生产节拍大于60秒时，采用逐缸测量，即用一组6个测量头。在伺服滑台驱动下，逐缸测量。相对测量精度高，设备小巧造价也低。一汽马自达6发动机装配线即用此种测量，经过两年满负荷生产，精度性能均比较稳定，节拍达到54秒。 平衡器齿侧间隙测量：带有平衡器的发动机一般都属档次较高的发动机，对综合性能与振动等要求较高，曲轴上的齿圈与平衡器上的齿轮啮合间隙不能超出设定范围。一般通过平衡器与缸体连接的垫片厚度来调整。测量方法分为静态测量和动态测量两种。 静态测量比较简单，测量数据的重复性也比较稳定，但不是发动机工作时的真实情况。 动态测量是曲轴齿圈带动平衡器齿轮运行回转中测量，并在轴向和侧向加设定载荷。由于啮合的是斜齿轮，曲轴带动活塞连杆回转在不同的相位角，曲轴扭矩是变化的，造成载荷变化重复精度易飘移。据我们了解，目前有法国雪铁龙、日本马自达和斯凯公司做过此种设备，三家的设计方案和结构不谋而合非常相似。测量的基本原理是采用2台伺服电机分别带动曲轴和平衡器轴，通过2台精度非常高的编码器和加载装置组成。都能测出数值并可以用于生产，但都没有一套科学的鉴定该设备的方法。 手动变速器装配线中的测量：手动变速器装配线中的测量基本上是高度测量，主要用于锥齿轮选垫片。只是差速器中半轴锥齿轮的垫片需在回转中测量，半轴锥齿轮的端面跳动量一般都较大，加上轴承轴向跳动误差累积起来误差较大。不能只做静态测量。 自动变速器与无级变速器装配线中的测量：这类装配线测量部位较多，但大多属高度测量。只是CVT变速器锥盘移动键多采用3排3组6个钢球，承载大，移动要灵活而且采用预加载荷，多采用预装后整体侧量球道尺寸，根据实测尺寸选择钢球，钢球分成若干组(有的分成18组)从中选取。产量大时，同时要求自动测量。 装配线中的在线检测 检测是在装配作业中的某些主要部位和选装作业的质量复检。 螺栓拧紧中的扭矩与角度的控制和检测：为了保证产品质量，在装配线中主要部位都采用多轴电动拧紧机或带有控制和检测功能单头的电动拧紧头。它们占有配套件中大部分资金，目的是保证±3%~±5%的扭矩和转角的要求。为达到此目标，首先拧紧机结构设计要正确。多轴拧紧机在拧紧过程中必须保证每个拧紧轴只承受纯扭矩。所以无论是基座式还是悬吊式，固定拧紧轴的机架必须和工件相互定位，并形成刚性联接，以保证每个拧紧轴和接杆与套筒不受任何附加的径向力只受纯扭矩。 但有的装配线采用的拧紧机，机架与工件相互独立没有连接。在拧紧过程中，各轴的反扭矩靠各轴相互平衡，并都承受在接杆上。接杆和拧紧轴是有一定的间隙，因而形成各接杆歪斜和蹩劲。接杆歪斜后的转速是变化的，所传递的扭矩必然也是变化的。接杆的蹩劲必然影响输出的扭矩，同时也降低了拧紧轴使用寿命。虽然花费了大量资金，但达不到预想效果。 现在的电动拧紧轴都有自动检测和自动修复功能，自检不合格时，自动拧松重新再拧。按设定的修复次数再不合格时，自行报警，需下线或到下工位修复。除多轴扭紧机和单头电动气动定值等高价格的扭紧机外,还有大量螺栓扭紧。一汽马自达6发动机线采用了大量的低价的气动扳手把螺栓扭到位,再用可发出电信号的手持棘轮扳手(即QL扳手)扭到设定值。费用低而且保证了质量。 曲轴扭矩和轴向间隙检测：该项目可以检测出主轴瓦、止推片选择是否正确和紧固螺栓拉紧力是否合格。 在主轴承盖螺栓拧紧机工位可以设置扭矩与轴向间隙测量装置,完成主轴承盖螺栓扭紧后即进行测量，如果节拍不够，可以分成2台设备，有的厂家要求加上用泄漏法测试轴瓦是否有漏装。产量低时，此2项测试也可用手工进行。 活塞连杆装入后的曲轴扭矩测量多采用连杆螺栓扭紧机上加有扭矩测量装置，扭连杆螺栓时需校正曲轴相位角，这套装置既用于相位角校正又可兼测扭矩。 压装工序的压力和位移检测：在压装工序中，合格的机械加工零件相互匹配不当，也会保证不了压装质量，压装是否合格可以用压力和位移的参数检测出来。检测不合格的产品更换一个零件后也可能合格，这个检测的参数同时也给机械加工质量控制提供公差带飘移信息。 压力检测一般都采用压力传感器与位移传感器配合使用。压力传感器检测数值，位移传感器指挥取值范围。 气门锁片压装后的质量检查：检查方法目前多采用激光式、气密式、摄像式和机电式四种方法。从实际使用情况来看，激光式最简单，费用也低，但对锁片装入状态和清洁度要求较严，有时因为清洁度直接影响测量效果；气密式不适用一个卡槽的结构；机电式比较复杂，但从使用情况来看最稳定。激光与机电方式都是检查锁片顶面距弹簧上座的顶面距离，只要装入不合格或漏装零件都可以直接反映出来，摄像式近几年也在使用，但效果还须进一步验证，如产量低节拍长，可直接人工目检。 涂胶工序胶条检查：自动涂胶胶条检查目前一般采用激光和摄像两种方法。 采用激光检查的方法是将激光头安装在胶枪胶条出口处，检查是否有断胶。 采用摄像的方法是，涂胶完成后，用摄像法发现断胶或胶条宽度有较大差异自行报警，前者价格便宜，后者价格昂贵，且成功率不高。即使采用了上述检测，还免不了人的监控，实际做法还是人工监控比较现实。 密封测试：密封测试一般采用压差式和流量式，压差式用于泄漏量较小的精密测试，如水套泄漏量的测试；流量式用于泄漏量较大部件测试，如气门密封测试。测试机的密封头结构与密封件材质是重要因素，一般都需开专用模具压制。密封元件是两种形式，大部分是在钢制的密封头上，开有密封槽，将密封件坎在槽里，进行密封。少数是整个密封头由密封材料制成。 现在对密封压紧力的大小存在两种看法，一种看法认为压紧力大比较好，测试的合格率高,要求采用液压压紧；另一种看法认为压紧力低好,只要够用就行。我们认为，由于密封测试仪使用的是低压，密封只要保证测试腔内气体不泄漏即可，采用气缸低压紧力压紧，实践证明是可靠的，并有利提高密封件的寿命和工作的可靠性，机床结构也会因此而简化。而如果采用高压密封，在采用整个密封头用密封材料制成的情况下，容易将密封头损坏，或减少其寿命；在采用密封槽结构的情况下，压力再大只会使钢制的密封头和工件压得更紧，对密封好坏没有任何意义。所以我们推荐采用力量较小的气压压紧。 防错与识别功能 识别是指通过两种以上产品的装配线，对进入装配线的产品进行识别机型，并给全线带有智能功能的料架发出指令，料架自动切换信号，显示应取的零件，同时对有调整环节的设备发出指令。自动调整的设备，按指令自动切换到相应部位与程序；手工调整的部位，指示操作者进行调整；有人机界面的工作站，按指令切换到相应显示和信号。如带有MOBY的装配线，由上位机或本线计算机站发出产品变化信号,可由托盘上的数据携带器把识别信息带给各工位。 不配有MOBY的装配线，通常可以采用机电式识别，即选择不同机型，外型有差异之处，用机械探测，用电信号发到各工作站。对外型无法区别的，通常可在托盘上装带有数个伸缩销的装置，更换产品时，人工设定哪个伸缩销伸出，代表某个机型，各工作站上的感应开关可以对伸出的销头进行识别，从而可以判断是何种机型。 防错，主要防止装入零件从料架上取错，以及防止从总成上拆下的零件放错和重新装入时装错。带有防错功能的所谓智能料架的防错方式有很多种，费用差异也很大，真正实际采用的方式(包括欧美国家)基本采用指示灯和光电方式。指示灯根据识别装置的指令显示应取的零件和数量，光电开关防止漏取。 拆下再装入的零件(如分体凸轮轴瓦盖)都是一一对应的，不能装错，一般采用专用机械手，即松开螺栓后再一起抓起放在原来部位，也可采用夹具一起将瓦盖抓起，装入凸轮轴后再放回原位。 运输过程与零件防碰撞功能 一条装配线的布置应留有足够宽度的运输通道，以保证物流通畅和运输中设备和料架、料箱不相互碰撞。有零件存放的工位需配专门料架和转运器具，绝对不允许零件磕碰。积放时间较长的地方要有防尘措施。 装配线上的灯光要有合适的照度，以防视觉不清和人的疲劳。 装配线的柔性功能 为了适应市场竞争和有效利用资金，一般用户都要求一条线有通过多种产品功能和新产品的适应功能，有的要求多品种混流生产。要注意成批轮番生产和多品种混流生产概念以及投入的资产和使用的费用差异，定位务必慎重。 从技术层面上看混流生产的调整环节基本上是自动的，轮番生产基本上是快速人工调整。更主要的是混流生产的生产组织、配套供应、物流与现场防错等管理必须与之相适应，否则会产生严重后果。过去我们应用户要求设计制造了混流线，装配线本身没有问题，但主要由于生产组织方面的种种原因，用户从来没有实际使用过混流装配。在国内也有些厂家引进了国外的带混流生产功能的装配线，该功能也都没有发挥作用。 需调整变更工艺参数的设备，对要变化的部分尽量采用数控系统：如各种螺栓扭紧机、涂胶机、锁片压装和各种检查等等，为适应各种产品的变化，在保证生产节拍的条件下，对要变化的部分，尽量采用数控系统。只要输入信号(如产品信息等)，可以自动改变程序和参数，以适应产品变化。 双工位或多工位工作头结构：为满足一台机床可以装配不同产品的要求，而又不可能简单地用调整某个参数去解决时，可采用双工位或多工位工作台(头)结构。 如密封试验机根据产品结构可采用双密封或多密封工作头。产品更换时，采用快速自动更换密封工作头，而价格昂贵的仪器和气动控制系统只采用一套。既适应产品变化又节省费用。这种结构在美国用的较多，我公司也为吉利和比亚迪公司设计制造了6台。 压装机：压装机一般都要在压装过程中测量压头的位移和压装力。产品如有变化，一般采用机械快换方式对压头和夹具定位部分进行更换，压头位移和压力参数变化调整比较麻烦，国外采用电伺服压缸，但价格昂贵，我公司已试制自己的电伺服压缸，压头位置和压力的变化可以采用数控，而且价格不高。 产品的输送与定位：一般采用非同步机动滚道和托盘进行输送。通过两种以上产品的装配线，为适应定位基准的变化，一般采用同一托盘底座只更换上面的定位和夹紧元件即可。也可采用带360度水平回转头的托盘，缸体(或其他壳体)通过快速过渡板与托盘联接。 也有厂家采用小车输送，装配设备与小车随行。这种方法无法实现精确定位，无法采用半自动控制设备或自动设备，价格也不菲。 机械调整和更换部位，尽量采用快换结构，控制系统也要有妥善的切换。 全线设备监控功能 一条大型装配线有几千个控制点，有一个控制点发生故障，都会影响全线正常工作，所以每个控制点都要在严格监控之下。大型装配线都应配“安东”系统，一旦发生故障，立即反馈到现场管理和设备维修管理部门，不但显示故障种类，还要显示故障的部位，以便及时排除。 信息管理功能 主要是信息的采集、传送、储存与分析管理。 有MOBY的装配线，各工作站的数据由本工作站上的读写器直接读入托盘上的携带器，终端的读写器把携带器上所有信息直接读入本线的计算机站。没有MOBY的装配线，各工作站的数据和信息直接用工业电缆送入计算机站，通过条码识别哪组数据和信息属于哪台总成。 生产信息管理功能，主要的生产管理信息都由计算机站通过本线的MOBY进行传递。特别是通过两种以上产品的装配线，哪种产品生产多少台后开始换型，自动、半自动工位自动调整程序，手工工位装哪种零件以及带有防错功能的料架切换等等都通过MOBY完成。计算机同时把信息指令发到物资供应部门，物流部门按指令进行现场配送。一般一条装配线最少配备一块大屏幕，可以显示有关生产管理信息。 质量信息管理功能，计算机站储存这些数据和信息并可做一般质量状态的分析。本线计算机站与上位机和设备，质检部门应留有接口，可以做更深层管理。例如质量追朔等。 物流合理化功能 物流合理化有两方面含义：一是通过装配线的平面布置，把物流优化到最佳状况；二是合理组织物流并合理配置工位器具，以保证零部件在转运过程中畅通并没有磕碰。 通常，物流有如下内容： 装配线上工序间输送：通常采用机动滚道和托盘。这种方式工作可靠，且输送和定位精度均较高，特别是在半自动、自动工位，可保证装配设备的工作性能。 工序间采用小车输送：在欧美国家，小车输送基本上用在重型总成而且产量较低的情况，日本有些小型发动机装配线也采用小车输送。小车输送一般都在地面安装轨道和拖动装置，定位精度低，一般很难用于半自动和自动工位。也有小车悬吊在空中轨道，相对定位精度高一些，如在美国的奔驰公司重型柴油机装配线上，内装线依然用机动滚道，而外装线采用悬吊式小车。总之，小车输送除节省一点资金外，没有显示更多的优势。 线间输送：如缸盖线到装配线，内装线到外装线以及外装线到测试线。如距离近，最好采用全自动转运机械手或单梁吊；如距离远，当前还是采用自行葫芦。也有采用AGV小车输送，但价格昂贵，建议一般不采用。 库房到操作工位转运，一般还是采用叉车为好。 安全防护功能 人是最宝贵的，国家对安全保护立法越来越严格。在欧美国家，安全放在极其重要的位置。一条装配线应该有完善的安全防护措施，我公司对此也非常重视基本上是按照欧洲标准来设计的。 发动机装配线的测试功能 发动机装配线，有的在线内设置冷试机。它不能测出发动机工作时的各项参数，属间接检测，但冷试机检测效率高，没有注油、注水、燃烧等程序，更没有噪音排放等问题，从某个角度讲是个发展方向。有些装配线根据生产能力在外装线上配若干台冷试机，但冷试对工厂的质量管理要求较严格，而且进口冷试机价格昂贵。目前用得还不广泛，冷试机逐步国产化后可以逐步推广采用。 热试线(机)一般在装配线外另外设置。 上述7方面功能，电控系统和软件费用占很大比例，电控系统近年来发展很快，电控系统如何配置，控制在什么水平，用户也应特别关注。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/6/2007)