(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳 州 5 45007)
各類現(xiàn)代化工廠的流水線作業(yè)中,吊具作為載體,掛載工件通過單條或多條輸送鏈的運(yùn)輸,到達(dá)不同的工位,完成不同工序的工藝要求。其中,吊具通過不同輸送鏈之間的正常轉(zhuǎn)換,是保證吊具正常完成運(yùn)輸工件任務(wù)的關(guān)鍵。
某廠涂裝車間,工藝復(fù)雜,工序多,吊具在不同工序所要求的鏈速、停留時間及工況條件都各不相同。當(dāng)通過其中兩條工藝鏈(鏈Ⅰ、鏈Ⅱ)時,經(jīng)常出現(xiàn)一些報警、積放故障,影響流水線正常運(yùn)行?,F(xiàn)以該車間為例,對此類問題進(jìn)行了分析計算,并采取改進(jìn)措施,結(jié)果不僅使吊具平穩(wěn)通過,而且故障也完全消失,保證了流水線的順暢運(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期目的。
(1)吊具。吊具包括前鏟、第二小車、第三小車、尾鏟以及將它們連接起來的小車連桿??傞L4 500 mm,見圖1。
圖1 吊具圖
(2)吊具前鏟(簡稱“前鏟”)。寬度 240 mm,通過小車連桿與其它小車相連,鏈條推頭帶動前鏟使吊具運(yùn)行,見圖2。
圖2 推頭和前鏟圖
(3)推車機(jī)。運(yùn)行速度156.69 mm/s,氣缸行程890 mm,運(yùn)行時間5.68 s,在理想狀態(tài)下,吊具前鏟在推車機(jī)的推動下,由鏈Ⅰ站位b點(diǎn)通過c點(diǎn)到達(dá)m點(diǎn),并在此等待,鏈Ⅱ推頭由k經(jīng)過c從后面推動吊具前鏟向前運(yùn)行,見圖3。
圖3 推車機(jī)比較圖
(4)鏈條。輸送鏈相鄰兩個推頭之間的距離,稱為節(jié)距。鏈Ⅰ節(jié)距5 700 mm,鏈速32.237 mm/s;鏈Ⅱ節(jié)距800 mm,鏈速39.088 mm/s。
鏈Ⅰ推頭帶動前鏟到達(dá)站位開關(guān)b點(diǎn)后,脫離吊具運(yùn)行方向,前鏟在b點(diǎn)停止,并使站位開關(guān)有信號;接到信號指令,推車機(jī)推動前鏟到達(dá)m點(diǎn)前端;同時,鏈Ⅱ推頭經(jīng)過k點(diǎn),由c點(diǎn)進(jìn)入前鏟運(yùn)行方向,到達(dá)m點(diǎn)帶走停留在m點(diǎn)的前鏟,通過e點(diǎn)進(jìn)入30°下坡段,完成換鏈全過程,見圖4。
圖4 鏈Ⅰ、鏈Ⅱ同步示意圖
吊具通過軟鏈條吊掛工件,屬于柔性掛載方式,推車機(jī)推進(jìn)速度快,沒有低速過渡段,吊具在推車機(jī)的帶動下,突然加速(推車機(jī)推出)及突然停止(推車機(jī)到位停止)時,工件均會產(chǎn)生劇烈晃動。
工件晃動有一定的隨機(jī)性,當(dāng)推車機(jī)停止時,如果工件晃動方向與吊具運(yùn)行方向相反,由于推車機(jī)推爪阻止了前鏟向回運(yùn)行,前鏟夠保持在m點(diǎn);當(dāng)推車機(jī)推到位停止時,如果工件晃動方向與吊具運(yùn)行方向相同,則吊具在工件慣性的帶動下向前沖出,經(jīng)常出現(xiàn)造成積放報警或滑坡故障,每天報警達(dá)9~11次,每次處理需4~6 min,有時甚至出現(xiàn)積放、滑坡工件報廢的事故。
下面就其中關(guān)系進(jìn)行分析。
據(jù)已知數(shù)據(jù):
推車機(jī)行程890 mm,運(yùn)行時間5.68 s;
鏈Ⅱ鏈速39.088 mm/s。
在推車機(jī)推出到停止這段時間,鏈Ⅱ行程為
因推車機(jī)推出至行程頂端是m點(diǎn),且前鏟中點(diǎn)是推頭掛載(連接)前鏟的位置,則推車機(jī)推爪動作至m點(diǎn)時,前鏟中心實(shí)際應(yīng)該所處位置為
即當(dāng)前鏟中心到達(dá)m+240/2 mm點(diǎn)時,推頭前端面只要通過了m+240/2 mm點(diǎn),則推頭將不會對前鏟的前進(jìn)造成阻擋。
c點(diǎn)距離此時前鏟中心的位置為
因?yàn)?310-222=88 mm,推車機(jī)運(yùn)行速度(156.69 mm/s)>3#鏈運(yùn)行速度(39.088 mm/s),所以當(dāng)前鏟推出時,如若推頭在cm方向距離c點(diǎn)>88 mm時,前鏟無法追上(錯過)這個推頭,將等待下一個推頭;
如若當(dāng)前鏟推出時,推頭在cm方向距離c點(diǎn)<88 mm時,則前鏟將追趕上這個推頭,并且推頭將會對前鏟的前進(jìn)造成阻擋;
前鏟在推頭的阻擋和推車機(jī)的推動下積聚能量,最終滑出推頭,以很高的速度沖出,與前一臺吊具尾鏟積放或沖入30°下坡段,造成滑坡故障——工件報廢。
當(dāng)前鏟前端進(jìn)入c點(diǎn)至前鏟后端出c點(diǎn)這個區(qū)間,如果有鏈Ⅱ進(jìn)入c點(diǎn),將會發(fā)生側(cè)擠故障。
前鏟前端至c點(diǎn)的距離為
前鏟前端運(yùn)行至c點(diǎn)所需要的時間為
3 s時間內(nèi)鏈Ⅱ運(yùn)行的距離為
因推頭厚度為30 mm,所以當(dāng)前鏟推出時,如若推頭在ck方向,推頭前端面距離c點(diǎn)<115–30=85 mm時,推頭先于前鏟進(jìn)入c點(diǎn),但是會阻擋前鏟前進(jìn);
如若當(dāng)前鏟推出時,推頭在ck方向,推頭前端面距離c點(diǎn)>85 mm時,則前鏟將與這個推頭同時進(jìn)入c點(diǎn),推頭會與前鏟上端形成“側(cè)擠”干涉。
前鏟后端至c點(diǎn)的距離為
前鏟后端運(yùn)行至c點(diǎn)所需要的時間為
4.5 s時間內(nèi),3#鏈運(yùn)行的距離為
所以,當(dāng)前鏟推出時,如若推頭在ck方向,推頭前端面距離c點(diǎn)小于175 mm時,則前鏟將與這個推頭同時進(jìn)入c點(diǎn),推頭會與前鏟上端形成“側(cè)擠”干涉;
如若當(dāng)前鏟推出時,推頭在ck方向,推頭前端面距離c點(diǎn)>175 mm時,則前鏟將先于這個推頭進(jìn)入c點(diǎn),推頭會在后面正常帶走前鏟,順利完成換鏈過程。
實(shí)際運(yùn)行中,前鏟到達(dá)b點(diǎn)(站位開關(guān)有信號)推車機(jī)推出時,鏈Ⅱ(連續(xù)運(yùn)行)推頭可能處于ge之間的任何一個位置,前鏟和鏈Ⅱ推頭進(jìn)入c點(diǎn)的時間和順序就非常重要。
根據(jù)上面的計算,我們得知:推車機(jī)推出前鏟時,鏈Ⅱ推頭處于不同位置,將會產(chǎn)生不同后果,列表如表1。
表1 分析計算結(jié)果表
為了減緩吊具前進(jìn)時的慣性,又能保證推車機(jī)能夠迅速把吊具推進(jìn)到位,通過排氣緩沖閥控制推車機(jī)推出運(yùn)行速度,從而使吊具運(yùn)行平穩(wěn),工件無晃動。
為提高鏈Ⅰ、鏈Ⅱ同步效果,控制鏈Ⅱ推頭到達(dá)c點(diǎn)的時間,增加鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)。
(1)安裝鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)。推車機(jī)將前鏟推到位之后,必須盡快被推頭帶走。但是,3#鏈轉(zhuǎn)彎處是一個直徑為Φ 500 mm的導(dǎo)向光盤,考慮維修的方便,將鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)定在距離光盤切點(diǎn)(f點(diǎn))300 mm的g點(diǎn)(見圖4)。
(2)改進(jìn)推車機(jī)動作控制程序。改進(jìn)前程序——當(dāng)站位開關(guān)b點(diǎn)有信號時,推車機(jī)推出;改進(jìn)后程序——當(dāng)站位開關(guān)b點(diǎn)有信號和3#鏈推頭檢測開關(guān)同時有信號時,推車機(jī)推出。
相關(guān)計算參數(shù)及位置關(guān)系見圖5。
圖5 同步計算示意圖
通過排氣緩沖閥,初步將推車機(jī)調(diào)整至如下數(shù)據(jù):
氣缸行程(不變)890 mm;
運(yùn)行速度59.33 mm/s;
運(yùn)行時間15 s;
轉(zhuǎn)盤直徑Φ 500 mm;
鏈條寬40 mm;
鏈條圍繞光盤運(yùn)行的弧度長為直徑Φ 540 mm的1/4圓周長
設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間,推車機(jī)立即動作將前鏟推出,此時推頭g前方最近推頭所在位置為d,當(dāng)dg=800 mm時,
推車機(jī)推爪行程為
因cm=am-ac=190 mm;
推車機(jī)推爪運(yùn)行時,推頭d的位置
所以,當(dāng)推車機(jī)推出時,d推頭距離m點(diǎn)只有114 mm;
因?yàn)楫?dāng)推爪到達(dá)m點(diǎn)時,被推爪推動的前鏟中心實(shí)際到達(dá)位置是
推頭d前端運(yùn)行至m+240/2點(diǎn)的行程為
推頭d前端運(yùn)行至m+240/2點(diǎn)的時間為
在5.99s時間內(nèi),推車機(jī)的行程為
因推車機(jī)推爪從運(yùn)行至推動前鏟所需運(yùn)行的距離為200 mm;
前鏟中心所到達(dá)的行程為
前鏟中心b點(diǎn)至m+240/2點(diǎn)的距離為
推頭d前端運(yùn)行至m+240/2點(diǎn)時,前鏟中心距離d推頭后端面距離為
分析結(jié)論之一是:
g被觸動的瞬間,推車機(jī)立即推出,前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d。
設(shè)檢測開關(guān)g被推頭觸動且b有信號,推車機(jī)開始推出。推車機(jī)推爪a運(yùn)行至c點(diǎn)所需要的時間為
鏈Ⅱ推頭前端面在11.798 s時間段的行程為
因?yàn)榍扮P尾端到達(dá)c點(diǎn),可以等同于推車機(jī)推爪a到達(dá)c點(diǎn),推車機(jī)推爪到達(dá)c點(diǎn)時,g推頭所到達(dá)的位置是
分析結(jié)論之二是:
g被觸動的瞬間,推車機(jī)立即推出,前鏟后端到達(dá)c點(diǎn)時,g點(diǎn)推頭只運(yùn)行至距離c點(diǎn)263 mm的位置,不會發(fā)生側(cè)擠故障。
設(shè)前鏟觸發(fā)占位開關(guān)b時,鏈Ⅱ推頭恰好通過g開關(guān)。
鏈Ⅰ推頭節(jié)距為5 700 mm;
吊具長度為4 500 mm;
相鄰前、后兩臺吊具前鏟、尾鏟之間的距離為
因?yàn)殒湤蛲祁^節(jié)距為800 mm,那么這個即將到來的推頭到達(dá)并觸動g開關(guān)的時間是
即還有20.47 s推車機(jī)才推出。
因推車機(jī)推爪與前鏟尾端有200 mm的空推距離,那么,推車機(jī)空推200 mm所用時間為
因?yàn)樵?0.47 s和3.37 s這兩個時間段,鏈Ⅰ還在正常運(yùn)行,所以在這兩個時間段鏈Ⅰ運(yùn)行距離是
此時,在b點(diǎn)等待的吊具尾鏟與下一臺吊具的前鏟的距離為
根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn),實(shí)際運(yùn)行中氣缸的氣壓并不穩(wěn)定,推車機(jī)的速度與鏈Ⅰ、鏈Ⅱ的鏈條運(yùn)行速度也無法保持精確,一般來說,理論最短間距,需要大于其原運(yùn)行間距的一半,即
因431.6mm<600mm,可以得出分析結(jié)論之三是:
吊具前鏟在b點(diǎn)等待期間,到推車機(jī)推出時,后一臺吊具的前鏟最近雖仍能與尾鏟保持431.6 mm的距離,但考慮到相關(guān)設(shè)備運(yùn)行量的變化,實(shí)際運(yùn)行中還會存在一定風(fēng)險。
設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間,推車機(jī)立即動作將前鏟推出,前鏟被推車機(jī)推出到達(dá)de之間等待鏈Ⅱ推頭時,鏈Ⅱ推頭還沒到達(dá),前鏟中心所處的位置為
m+240/2 mm至b點(diǎn)之間的距離為
推車機(jī)推出至前鏟到達(dá)m+240/2點(diǎn)的時間為15 s;
在15 s中,觸發(fā)g開關(guān)的鏈Ⅱ推頭實(shí)際行程是
此時,鏈Ⅱ推頭前端面距離前鏟中心的實(shí)際距離為
鏈Ⅱ推頭到達(dá)前鏟中心,帶走前鏟的時間為
鏈Ⅰ在15 s時間區(qū)間中的運(yùn)行距離,即后一臺吊具前鏟的行程為
根據(jù)本文4.3節(jié)得出的結(jié)論之三,推車機(jī)推出時,后一臺吊具的前鏟與前一臺尾鏟的最短距離是431.6mm,b吊具前鏟中心被推至m+240/2 mm時,b吊具尾鏟與后一臺吊具前鏟之間的實(shí)際距離為
鏈Ⅰ在11.46 s時間區(qū)間中的運(yùn)行距離為
前一臺吊具被鏈Ⅱ推頭帶走時,其尾鏟與后一臺吊具前鏟的距離為
根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn),實(shí)際運(yùn)行中氣缸的氣壓并不穩(wěn)定,推車機(jī)的速度與鏈Ⅰ、鏈Ⅱ的鏈條運(yùn)行速度也無法保持精確,一般而言,理論最短間距,需要大于其原運(yùn)行間距的一半,即
因?yàn)?91.6 mm<600 mm,可以得出結(jié)論之四是:
當(dāng)前一個吊具前鏟被鏈Ⅱ推頭帶走時,后一臺吊具的前鏟雖仍能與尾鏟保持291.6 mm的最近距離,但考慮到相關(guān)設(shè)備運(yùn)行量的變化,實(shí)際運(yùn)行中還會存在一定風(fēng)險。
在實(shí)際使用過程中,雖然報警明顯減少,但是每天仍有2~3次報警。
通過跟蹤發(fā)現(xiàn):當(dāng)前鏟觸發(fā)占位開關(guān)b時,鏈Ⅱ推頭恰好通過g開關(guān)的情況下,前鏟錯過這個推頭,等待時間過長;此時鏈Ⅰ繼續(xù)運(yùn)行,使兩臺吊具前鏟、尾鏟過于接近,增加了積放的風(fēng)險。
為使進(jìn)入鏈Ⅱ的前鏟盡快被帶走,增補(bǔ)了一些措施:保持開關(guān)信號時間延遲12 s,即當(dāng)g點(diǎn)檢測開關(guān)被觸動并在被觸動的12 s的時間范圍內(nèi),如結(jié)果站位開關(guān)b被觸動,則推車機(jī)推出。
驗(yàn)算方法及結(jié)論與前述4.1節(jié)相同,即可以得出結(jié)論之一是:
(1)即使g被觸動的瞬間,推車機(jī)立即推出,前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d;
(2)在g被觸動后延時的11 s時間范圍內(nèi),只會延遲推車機(jī)推出時間,前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d;
(3)前鏟中心無法追上推頭d,推頭d不會阻礙前鏟前進(jìn),前鏟不會因沖破推頭d的阻礙而彈出,即不會造成前后吊具尾鏟積放或滑坡故障。
設(shè)定鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動,且延時12 s的瞬間,推車機(jī)開始推出。
推車機(jī)推爪a運(yùn)行至c點(diǎn)所需要的時間為
鏈Ⅱ推頭前端面在11.798 s時間段的行程為
鏈Ⅱ推頭前端面在12 s時間段的行程為
因前鏟尾端到達(dá)c點(diǎn)可以等同于推車機(jī)推爪a到達(dá)c點(diǎn),推車機(jī)推爪到達(dá)c點(diǎn)時,g推頭所到達(dá)的位置是
因鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動且延時11 s的瞬間,推車機(jī)開始推出,g推頭前端面超前前鏟后端面206.121 mm到達(dá)c點(diǎn);而且前鏟寬度為240 mm。
可以得出的結(jié)論是:在當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)下,前鏟進(jìn)入c點(diǎn)時存在與鏈Ⅱ推頭干涉,發(fā)生側(cè)擠故障的故障,無法滿足使用要求。
根據(jù)仍然存在的故障問題,我們重新調(diào)整推車機(jī)運(yùn)行速度,數(shù)據(jù)如下:
全部行程890 mm;
推進(jìn)速度89 mm/s;
運(yùn)行時間10 s。
為使推車機(jī)能夠及時將前鏟推出,把設(shè)定更改為:
當(dāng)g點(diǎn)檢測開關(guān)被觸動,并在被觸動的10 s的時間范圍內(nèi),如結(jié)果站位開關(guān)b被觸動,則推車機(jī)推出。
調(diào)整后的數(shù)據(jù)驗(yàn)算,分述如下。
驗(yàn)算方法及結(jié)論之一與前述4.1節(jié)相同。
設(shè)定鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動,且延時10 s的瞬間,推車機(jī)開始推出。
推車機(jī)推爪a運(yùn)行至c點(diǎn)所需要的時間為
鏈Ⅱ推頭前端面在7.865 s時間段的行程為
鏈Ⅱ推頭前端面在10 s時間段的行程為
因?yàn)榍扮P尾端到達(dá)c點(diǎn),可以等同于推車機(jī)推爪由a到達(dá)c點(diǎn),推車機(jī)推爪到達(dá)c點(diǎn)時,g推頭所到達(dá)的位置是
可以得出結(jié)論之二是:
(1)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動且延時10 s的瞬間,推車機(jī)開始推出,g推頭前端面落后前鏟后端面25.805 mm到達(dá)c點(diǎn);
(2)在g被觸動后瞬間至延時的10 s時間范圍內(nèi),只會提前推車機(jī)推出時間,g推頭前端面落后前鏟后端面到達(dá)c點(diǎn)的距離,將>25.805 mm;
(3)因g推頭前端面落后前鏟后端面到達(dá)c點(diǎn)的距離將>25.805 mm,所以g推頭與前鏟進(jìn)入c點(diǎn)時不會發(fā)生側(cè)擠故障。
設(shè)前鏟壓住占位開關(guān)b時,鏈Ⅱ推頭恰好延時超過10 s;
鏈Ⅰ推頭節(jié)距5 700 mm;
吊具長度4 500 mm;
相鄰前、后兩臺吊具前鏟、尾鏟之間的距離為
鏈Ⅱ推頭在10 s的延時時間內(nèi),已經(jīng)運(yùn)行的距離為
因?yàn)橥祁^節(jié)距為800 mm,那么這個即將到來的推頭距離g點(diǎn)的距離是
因?yàn)?/p>
這個即將到來的推頭,還要運(yùn)行10.47 s將觸碰檢測開關(guān)g,即還有10.47 s,推車機(jī)才推出。
因推車機(jī)推爪與前鏟尾端有200 mm的空推距離,那么,推車機(jī)空推200 mm所用的時間為
因在10.47 s和2.247 s這兩個時間段,鏈Ⅰ還在正常運(yùn)行,所以在這兩個時間段鏈Ⅰ運(yùn)行距離是
此時,在b點(diǎn)等待的吊具尾鏟與下一臺吊具的前鏟的距離為
根據(jù)前述工作經(jīng)驗(yàn),790.15 mm>600 mm,可以得出結(jié)論之三是:
吊具前鏟在b點(diǎn)等待期間,到推車機(jī)推出時,后一臺吊具的前鏟與前一臺吊具尾鏟最短距離為790.15 mm,且>600 mm,不會造成積放故障。
設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間,推車機(jī)立即動作將前鏟推出,前鏟被推車機(jī)推出到達(dá)m+240/2點(diǎn)時,鏈Ⅱ推頭還沒到達(dá)。
m+240/2 mm至b點(diǎn)之間的距離為
推車機(jī)推出至前鏟到達(dá)m+240/2點(diǎn)的時間為10 s;
在10 s中,觸動g開關(guān)的鏈Ⅱ推頭實(shí)際行程是
此時,鏈Ⅱ推頭前端面距離前鏟中心的實(shí)際距離為
鏈Ⅱ推頭到達(dá)前鏟中心,帶走前鏟的時間為
鏈Ⅰ在10 s時間區(qū)間中的運(yùn)行距離,即后一臺吊具前鏟的行程為
根據(jù)結(jié)論之三,推車機(jī)推出時,后一臺吊具的前鏟與前一臺尾鏟的最短距離是790.15 mm;則b吊具前鏟中心被推至m+240/2 mm時,b吊具尾鏟與后一臺吊具前鏟之間的實(shí)際距離為
鏈Ⅰ在16.456 s時間區(qū)間中的運(yùn)行距離為
前一臺吊具被鏈Ⅱ推頭帶走時,其尾鏟與后一臺吊具的前鏟距離為
根據(jù)前述工作經(jīng)驗(yàn),677.3 mm大于600 mm,可以得出結(jié)論之四是:
當(dāng)前一個吊具前鏟被鏈Ⅱ推頭帶走時,后一臺吊具前鏟與前一臺吊具的尾鏟還有677.3 mm的距離,且>600 mm,因鏈Ⅱ速度大于鏈Ⅰ速度,所以兩臺吊具不會積放。
通過本文6.1至6.4節(jié)的4個結(jié)論,各項(xiàng)數(shù)據(jù)都有了明顯改善,尤其是結(jié)論之三(790.15 mm)和結(jié)論之四(677.3 mm)最短距離數(shù)據(jù)均大于經(jīng)驗(yàn)值,降低了運(yùn)行中故障產(chǎn)生的風(fēng)險。
在實(shí)際運(yùn)行中,吊具不僅能夠平穩(wěn)通過,且相應(yīng)的報警、積放故障也完全消失。
在模鍛輸送鏈中,同步的故障率較高,處理的關(guān)鍵在于不同鏈速、節(jié)距及相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和調(diào)配。這種分析和計算的方法,不僅在輸送鏈中適用,在其他輸送設(shè)備的過渡段也同樣適用。
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