免基礎鑿巖臺車裝配流水線設計及應用

李兆楠，周桂生，陳嵐，潘金良，經彭

（徐州徐工基礎工程機械有限公司，江蘇徐州 221000）

1 引言

隨著工程機械行業的快速發展，特別是基礎施工裝備的異軍突起，為了最大限度地滿足客戶的需求，產品的門類更加趨向于多樣化，傳統的單一品種批量化生產模式已無法滿足市場需要，取而代之的是多品種、中小批量的生產方式[1]。市場的轉變迫使企業的生產必須向柔性化、混合型改變，裝配工藝的顛覆性革命勢在必行[2]?；诠灸壳吧a的鉆車產品種類多、產品更新換代速度快、批量小的特點，亟待設計一種適應現有車間條件的、可以滿足不同產品同時裝配的流水線；流水線應具有成本低、拆解裝配方便的特點。

以最小的設備改動，結合工藝布局的優化設計及物流配送方式的改進，最終實現產品的混線裝配和裝配效率提升。

2 鑿巖臺車產品分類

現階段國內外市場上單臂、雙臂、三臂輪胎式掘進鉆車的生產及應用已比較普遍。三臂以上輪胎式掘進鉆車在國外已有樣機（如安百拓四臂臺車），但國內尚未見大量使用。每種類型的鉆車根據配置及產品參數又分為多種系列，如單臂臺車、雙臂臺車、雙臂一籃臺車、三臂一籃臺車等[3]。

隧道鑿巖臺車是隧道掘進鉆孔的大型鑿巖設備，廣泛用于鐵路、公路、水利和國防工程中。隧道鑿巖臺車鉆孔覆蓋面積為100-200 m2，鉆孔深度為4～5 m。隧道鑿巖臺車一般配置3 個鑿巖鉆臂，也有配置2 個鉆臂的，少數型號配置4 個鉆臂[4]。

3 鑿巖臺車傳統裝配模式

鉆車類產品門類繁多，產品有鑿巖臺車、掘進鉆車、錨桿臺車、采礦臺車、拱架臺車等，工作裝置涉及單臂、兩臂、三臂、平臺臂。鉆車產品的傳統裝配方式以車架為基準，在前端、中部和后端根據車型的輪距和軸距分別設計固定支撐，在一個固定位置完成整臺機器結構、液壓和電氣所有零部件的裝配工作。這種裝配方法一般多用于全新門類產品的試制生產，目前多門類產品在未進行混線設計前也采用這種方式完成，由于各部件的裝配是在各個工位完成，而總裝又是臺位式固定裝配，使得大部分的部件物流路線加長，長距離的行車轉運無形中增加了裝配過程中的安全隱患。而且裝配效率較低，人均生產效率難以提升。鉆車傳統裝配模式如圖1 所示。

圖1 鉆車傳統裝配模式

4 免基礎鑿巖臺車裝配流水線

設計的裝配流水線可滿足單臂鉆車、雙臂鉆車以及三臂鉆車的主機裝配，行走結構形式為：主動氣動小車和無動力從動小車，通過卷管器將車間主管路壓縮空氣接入小車，氣動小車氣口設計為快換方式，便于氣管的插拔，控制原理如圖2 所示。下線端設計下線平臺，整機裝配完成后依靠前后支腿油缸伸出支撐于平臺之上，小車從車底移出后，支腿油缸縮回使輪胎落于平臺，整機自行駛出。

圖2 流水線氣控原理圖

4.1 裝配總線

總裝線體采用氣動小車線，軌道采用38 kg重軌，使用膨脹螺栓將軌道固定于地面，小車在軌道上運行。每臺車由前后兩臺小車構成，后小車為主動小車，前小車為從動小車。線體共設6個工位，工位間距13.8 m，軌道長度72.0 m。車架上線采用雙梁行車吊裝，整機下線利用斜坡平臺，線體最大運行速度0.1 m/s，以步進方式運行，最大載重53 t，小車支撐采用滑槽間距可調式支撐設計，單支撐重量小于20 kg，方便快速安裝和拆卸，并且在下線平臺工位支撐可自由抽出，方便小車的脫離，如圖3 所示。圖4 為裝配總線。

圖3 滑槽間距可調式支撐

圖4 裝配總線

4.2 氣動小車

每組小車由1 個主動小車和1 個從動小車構成，主動小車由1 套主動輪組、車體、馬達組件、卡槽座、1 套從動輪組和2 套防傾輪組構成，馬達最大輸出功率3.6 kW，最大轉速3000 r/min，氣動扭矩7.2 N·m，最大耗氣量3.4 m3/min，如圖5 所示；從動小車由卡槽座、車體、4 套車輪組件和4 組紅色緩沖塊構成，如圖6 所示。

圖5 主動小車

圖6 從動小車

4.3 動力系統設計

裝配線線體兩端上線工位和下線工位分別設置壓縮空氣動力源，從車間主壓縮空氣管路引入氣源，中間3 個工位分別設置氣源接入點，保證每組小車均具有獨立動力源。每組壓縮空氣出氣點由DN40 鋼管、DN40 球閥、DN20 鋼管和DN20 球閥組成。氣源壓力設定0.6 MPa。壓縮空氣出氣點詳圖見圖7，小車動力系統見圖8。

圖7 壓縮空氣出氣點詳圖

圖8 小車動力系統

4.4 裝配流水線的驗證和應用

裝配流水線經過基礎安裝，主動小車、從動小車空載運行，產品單品帶載裝配調試以及不同型號產品的混線加載驗證，分別如圖9、圖10 和圖11 所示，線體運轉良好，免基礎鉆車混線流水線的設計得到了充分驗證。由于主線體裝配實現了流水線式作業，使各部件裝配和總線裝配實現了一一對應，減少了低效的行車長距離轉運物料的作業，極大地減少了安全隱患的發生，實現了多門類產品混線裝配的效率提升[5]。

圖9 流水線小車空載調試

圖10 流水線小車加載調試

圖11 流水線混線驗證

5 結語

經驗證，安裝調試后的流水線投入運行后，完成1 臺單臂鉆車的裝配僅需15 人共1.5 天即可實現；而先前傳統的使用馬腿的臺位式裝配方式，完成1 臺單臂鉆車的裝配需要20 人共3 天才能完成。人均生產效率大約提高了2.6 倍[6]，同時減少了反復的吊裝和轉運，極大地降低了工人的勞動強度，實現了安全生產作業和生產效率的同步提升[7]。