尺寸链在动车组装配工艺中的应用研究

尺寸链在动车组装配工艺中的应用研究

刘虹麟 付殿波 王文宇 李恒飞 刘春郑

中车长春轨道客车股份有限公司检修运维事业部工程技术部

摘要：在我国快速发展的过程中，我国的高速动车组发展在不断的加快，高速动车组列车整车部件众多，各部件相互之间安装定位尺寸关系非常复杂。在实际施工过程中，单个部件需要同时满足多个尺寸限定条件，施工难度较大。针对上述问题，从现车施工角度出发，探讨了尺寸链在动车组装配工艺中的应用，并以侧拉门系统装配和卫生间模块安装为例，介绍了应用尺寸链理论分析实际装配工艺问题的步骤方法。通过将安装结构简化，选取合适的封闭环尺寸，构建了不同方向上的尺寸链。通过将动车组装配中的实际工艺问题构建数学模型，并运用尺寸链理论进行分析解算，验证了在现车施工过程中利用尺寸链理论解决问题的可行性和有效性。

关键词：动车组；尺寸链；侧拉门；卫生间；极值法；概率法

引言

尺寸质量是大型复杂产品如飞机、汽车的关键质量指标,以轿车白车身为例,其一般由150一250块形状复杂的薄板冲压件经焊装、铆接和机械连接等方法经不同的加工站装配而成,白车身的尺寸误差水平直接影响整车的顾客满意度指标,如风噪声、关门力、外观缝隙平顺性等。整车尺寸误差溯源研究表明,车身设计因素〔缺陷)造成的误差约占50%,这些因素难以通过现有的制造过程质量控制技术进行弥补,因此进一步改进尺寸质量,有赖于产品设计质量的提高。在设计自由度最大的概念设计阶段,实施产品和工艺的并行设计方法则是获得高质量设计方案的关键。

1装配尺寸链构成

在产品装配关系中，由相关零件的尺寸或相互位置关系所组成尺寸链称为装配尺寸链，组成尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环，根据环特点，可分为封闭环和组成环。1)封闭环：在零件加工或机器装配过程中，最后自然形成（间接获得）的尺寸称为封闭环。装配尺寸链的封闭环就是装配后的精度或技术要求。因为这种要求是通过把零部件装配好后才最后形成和保证，是一个结果尺寸或位置关系，从设计角度来说，装配精度的要求是引出和形成装配尺寸链的依据，从而也是确定零件精度要求的依据。2)组成环：尺寸链中除封闭环以外的其余尺寸，称为组成环。在装配关系中，对装配精度要求发生直接影响的那些零件的尺寸和位置关系，是装配尺寸链的组成环，根据它们与封闭环关系，又可分增环与减环。3)封闭环极限尺寸及公差与组成环的关系：通常用极值法解算装配尺寸链时，要求封闭环基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和；封闭环上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环下偏差之和；相应封闭环下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和，而封闭环的公差等于各组成环公差之和。

2尺寸链在动车组装配工艺中的应用

2.1侧拉门开门尺寸链

在沿车体纵向中心线方向，侧拉门的开关是否到位主要依靠开关门到位开关来判断，门板的运动距离主要受门机构气缸行程控制，同时可以通过门机构的安装位置进行微调。由于侧拉门附件较多，门机构的安装位置基本确定，门板与门机构的相对位置可以靠携门架罩板来调整。为方便分析，本文将门机构视为统一整体，主要研究车体制造误差、门机构安装及运动误差对门板开度的影响。

2.2测量基准与设计基准不重合时封闭环的判断

在机械加工过程中,经常会遇到一些表面加工后设计尺寸不方便直接测量的情况,这时只好测量其它尺寸来间接保证设计要求的尺寸,因该不方便测量的设计尺寸是最后形成的,所以该设计尺寸就是封闭环。分析判断：此例中，如果以平面C作为定位基准，平面C既是设计基准，也是定位基准。尺寸A1和尺寸A0均可用高度尺直接测量加工获得，无论平面A还是平面B均不是定位基准或者设计基准，因此它们之间的尺寸A2不能直接加工获得，只能是尺寸A1和A0加工完毕后，A2尺寸间接获得。根据封闭环判断原理，此时A2变成了封闭环，A0不再是封闭环。结论：一般来说，如果一个尺寸的两边界之一是定位基准，则说明这个尺寸是可以定位直接加工获得的。如果一个尺寸的两边界均不是定位基准，说明这个尺寸不能直接获得，只能间接获得或者自然形成，是封闭环。

2.3测量基准与设计基准不重合时封闭环的判断

在机械加工过程中,经常会遇到一些表面加工后设计尺寸不方便直接测量的情况,这时只好测量其它尺寸来间接保证设计要求的尺寸,因该不方便测量的设计尺寸是最后形成的,所以该设计尺寸就是封闭环。分析判断：此套筒零件两端面已经加工完毕，左端面是设计基准。在加工孔Ф２底平面时,由于孔Ф1的直径较小，其深度尺寸不便测量而无法直接保证其精度要求，必须通过加工孔Ф２的深度A2间接保证孔Ф1的尺寸A0，这就造成了设计基准和测量基准不重合的情况。根据封闭环的判断方法，孔Ф1的深度无法直接测量获得，只能先加工孔Ф２的深度A2来间接获得，因此A0尺寸是封闭环。

2.3卫生间模块安装定位尺寸链

动车组列车卫生间模块一般安装在每辆车的端部，施工时，先用钢板或地板革铺在地板上用做防护；然后将卫生间模块整体运送至安装位置；最后经过微调，使其定位尺寸满足要求。在现车安装时，卫生间模块主要以到车体端墙外侧和车体纵向中心线的尺寸来定位，同时用激光经纬仪（或上部拉线的方式）校准盒子间立面是否与地板面垂直。卫生间模块多为玻璃钢材质，通过手工糊制而成，外表面比较粗糙，且形状不规则，所以模块安装定位尺寸多以内表面为基准。本文将卫生间模块简化为长方体。

2.4尺寸链计算方法

在现车实际安装的过程中，定位误差多为人为和制造精度偏差造成，从大样本来看，可以看作呈随机正态分布；因此，各组成环都可以看作是一系列相互独立的随机变量。由于封闭环是由组成环综合累积产生的，因此，当组成环都符合正态分布规律时，封闭环也符合正态分布。根据概率理论原理可知，正态分布的概率图为钟型曲线，变量绝大部分可能出现的值都处在中间某一范围内，超出这一范围之后的取值概率极小。所以在实际运用中，用概率法更为合理。

2.5接触链生成

与轴类零件的加工面形成类似,车身总成通过零件之间接触面的焊接加工在时间上按一定的顺序生成,其接触面形成过程可以看成链,称为接触链。接触链既反映了零件之间的连接关系(通过接头),同时也反映了装配的层次(时间)关系,因此接触链的属性包括接头形式、接头方向以及加工顺序,这些属性和为了满足公差分析的尺寸链的性质要求基本一致。这里“接触”是指在接头意义上的,和“连接”不尽相同,“连接”关系表示两个零件之间的所有物理接触。另外,为了便于分析,假设接头的接触关系一次完成。

结语

本文探讨了尺寸链理论在动车组部件装配施工中的作用，以侧拉门系统和卫生间模块安装为例，简单分析了尺寸链指导工艺施工的方法和步骤，并对尺寸链的解算方法进行了介绍。分析证明，以尺寸链理论指导现车安装工艺具有可行性和有效性。

参考文献

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