高速列车侧墙装配偏差建模及夹具稳健设计方法研究
The Research on Modeling and Robust Fixture Design of High-speed Train Sidewall
侧墙是高速列车车体重要的承载部件,由数个大型中空铝型材零件在多个工位上装配而成.夹具偏差、零件制造偏差在装配过程中传递、累积,最终形成侧墙最终的尺寸偏差,其大小直接影响车体装配质量和运营性能,如使用寿命、行车安全等,受到企业的高度重视.传统基于刚性假设的装配偏差模型为分析侧墙装配尺寸偏差问题提供了一种有效的方法,但由于铝合金型材零件装配的特殊性,基于刚体假设的装配偏差建模方法难以准确模拟侧墙的装配过程.因此研究柔性薄板的装配偏差建模及装配夹具的稳健设计方法,是实现侧墙尺寸精度控制与质量提升的关键.本文首先介绍了侧墙的结构及装配工艺流程,通过对侧墙尺寸检测与评价方法分析,总结了目前侧墙装配过程中存在的质量问题;其次,针对侧墙装配工艺特点,提出了刚柔耦合的装配偏差仿真分析方法,建立了侧墙夹具因素与装配偏差的影响关系模型,并开发相应的计算程序;进一步在偏差模型的基础上,结合多元设计变量和质量指标的提取,提出了面向侧墙质量稳定性的装配夹具稳健设计方法,实现了夹具定位方案的优化设计.最后,通过CRH3列车车体侧墙的实际案例分析,验证了所提出的偏差仿真模型及夹具稳健设计方法的有效性.本文的主要内容如下:(1)高速列车侧墙装配工艺流程与质量分析针对侧墙装配工艺的特点,首先介绍了侧墙的结构及其分类,详细说明了侧墙的性能要求及装配工艺流程.进而分析了侧墙装配夹具定位的特点,通过对夹具定位的合理性简化,提出了侧墙反向装配和正向装配的定位方案.最后,结合侧墙的尺寸偏差检测与质量评价分析,总结了目前装配过程中存在的尺寸质量问题与潜在的偏差源因素.(2)基于刚柔耦合分析的侧墙装配偏差仿真建模针对高速列车侧墙铝合金型材的装配特点,提出了基于刚柔耦合分析的侧墙装配偏差建模方法,并开发了基于MATLAB的装配偏差建模的计算程序.在装配偏差建模的过程中,采用确定性算法计算侧墙在"3-2-1"定位方案下的装配偏差,进一步利用影响系数法分析侧墙过定位条件下的夹具因素对装配偏差的影响,经耦合叠加后得到侧墙装配偏差的综合传递关系表达式,最后结合装配实例给出了侧墙装配偏差仿真的计算过程.(3)基于响应面分析的侧墙装配夹具稳健设计在侧墙柔性装配偏差建模方法的基础上,对侧墙装配夹具进行稳健设计.首先介绍了装配夹具稳健设计的基本流程,主要包括侧墙装配夹具稳健设计的参数分析与测点选择、试验设计、响应面建模、目标函数的建立与求解;然后在响应面建模的基础上提出了面向侧墙质量稳定性的装配夹具稳健设计方法,实现了侧墙夹具定位方案的优化设计.最后结合装配夹具的设计案例,阐述了稳健设计的实施过程并给出了夹具的优化设计结果.(4)CRH3车体侧墙装配案例分析与验证在装配偏差建模与装配夹具稳健设计方法的基础上,完成侧墙装配偏差预测和装配夹具稳健设计两个案例.通过侧墙装配案例的偏差计算结果与实测数据的对比分析,验证了本文偏差模型的准确性.另外,通过对侧墙夹具的稳健性设计,调整后的定位方案下尺寸合格率和质量稳定性均有明显提升.
- 作者：
- 王健
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 车辆工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 来新民；李志敏
- 中图分类号：
- U270.8
- 关键词：
- 车体侧墙；装配偏差建模；夹具稳健设计
- train body sidewall；assembly variation modeling；fixture robustdesign