王　璇，孫立琴，丁厚永

(大連豪森設(shè)備制造有限公司 a.機(jī)械設(shè)計(jì)部；b.經(jīng)營(yíng)部；c.研發(fā)部，遼寧 大連　116036)

活塞銷擋圈安裝裝置的設(shè)計(jì)*

王璇a，孫立琴b，丁厚永c

(大連豪森設(shè)備制造有限公司 a.機(jī)械設(shè)計(jì)部；b.經(jīng)營(yíng)部；c.研發(fā)部，遼寧 大連116036)

摘要：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷、活塞銷擋圈的裝配是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)傳統(tǒng)手動(dòng)裝配方式耗時(shí)費(fèi)力，成本高的問題，設(shè)計(jì)并制造了一種活塞銷擋圈自動(dòng)化安裝的裝置。分析了其結(jié)構(gòu)原理和工作過程，搭建了基于PC的軟PLC的控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線和串口通訊實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的用監(jiān)控，采工業(yè)以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)向上位機(jī)的快速傳輸，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)反饋故障數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該裝置安裝速度快，合格率高，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：軟PLC；活塞；擋圈

0引言

隨著我國(guó)汽車市場(chǎng)的不斷完善，要想滿足當(dāng)前的汽車市場(chǎng)需求，需提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和節(jié)約成本，而這些90%都是在設(shè)計(jì)開發(fā)階段決定的，因此有必要在設(shè)計(jì)開發(fā)階段引入新技術(shù)、新理論和新方法[1]?；钊B桿組件機(jī)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞磨損及氣缸活塞間隙變化研究發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸活塞組的主要故障是由零部件磨損"燒蝕"結(jié)膠"積炭等引起的?；钊B桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷及連桿等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過連桿傳遞給曲軸的，以帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)輸出功率。活塞銷擋圈是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞連桿組中關(guān)鍵零件之一，在高溫高壓和潤(rùn)滑條件較差的環(huán)境中工作，阻擋活塞銷軸向竄動(dòng)的作用，其與活塞、活塞銷、連桿、曲柄相互聯(lián)系在一起，組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)，為汽車提供動(dòng)力，而活塞銷擋圈裝配質(zhì)量的好壞將直接影響到活塞銷擋圈功能的發(fā)揮，甚至?xí)绊懙秸_(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命[2-7]。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地開發(fā)新技術(shù)一方面以滿足日益嚴(yán)格的油耗要求，另一方面用戶逐漸追求更加舒適的駕乘感受，同時(shí)，也正在推進(jìn)輕量化、減小摩擦技術(shù)的實(shí)用化，其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的精心設(shè)計(jì)和正確安裝[8-9]。

1發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油加注裝置的結(jié)構(gòu)組成

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，省人工、效率高的活塞銷擋圈安裝裝置。

本文設(shè)計(jì)了一種活塞銷擋圈安裝裝置，其結(jié)構(gòu)主要包括：位于上機(jī)架上的上氣缸1，在上氣缸1工作端的底端開設(shè)有環(huán)形槽2，上氣缸1的工作端位于活塞銷套3內(nèi)，沿活塞銷套3的徑向還開設(shè)有上擋圈通道4，在上氣缸1的下方相配的設(shè)置有位于下機(jī)架上的下氣缸5，下氣缸5的工作端頂端設(shè)置有銷柱6，在銷柱6下方的下氣缸5的工作端上還設(shè)置有活塞卡爪7，并且上述的銷柱6與活塞銷套3同軸。

1.上氣缸 2.環(huán)形槽 3.活塞銷套 4.活塞銷套5.下氣缸 6.銷柱 7.活塞銷塞卡 8.活塞銷 9.活塞

圖1發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油加注裝置結(jié)構(gòu)原理圖

活塞銷擋圈安裝裝置的工作過程如下：已經(jīng)安裝有活塞銷的活塞在運(yùn)送裝置的帶動(dòng)下移動(dòng)至下機(jī)架的上方，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到位后，設(shè)置在下氣缸工作端上的活塞卡爪會(huì)將活塞卡緊并定位，然后下氣缸工作，其工作端頂端的銷柱上行進(jìn)入活塞銷內(nèi)的銷孔，并帶動(dòng)活塞銷向上運(yùn)動(dòng)，直至活塞銷進(jìn)入活塞銷套內(nèi)；在此之前，上擋圈已經(jīng)通過上擋圈通道橫向運(yùn)動(dòng)至活塞銷套內(nèi)，也就是說此時(shí)上擋圈已經(jīng)位于上氣缸的工作端與活塞銷之間，然后上氣缸和下氣缸同時(shí)相向的施加壓力，讓上擋圈進(jìn)入上氣缸工作端下端的環(huán)形槽中，最后上氣缸的工作端繼續(xù)伸出，讓上擋圈和活塞銷同時(shí)下行并同時(shí)進(jìn)入活塞中，完成活塞中活塞銷和上擋圈的安裝。

該結(jié)構(gòu)形式的活塞銷擋圈安裝裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，布局合理，解決了純手工操作的方式所產(chǎn)生的效率低下、耗費(fèi)人工等問題，可以快速將上擋圈安裝到活塞銷上，不僅可以節(jié)省大量的人力物力，同時(shí)還能夠大大加快活塞的裝配節(jié)拍，提高工作效率。這種裝置的制作工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉，適合在本領(lǐng)域中推廣應(yīng)用，其市場(chǎng)前景十分廣闊。工作流程圖如圖2所示。

圖2　工作流程圖

軟PLC是指在PC機(jī)的平臺(tái)上面用軟件來虛擬一臺(tái)PLC，通過軟件方法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的計(jì)算、控制、存儲(chǔ)以及編程等功能，同時(shí)通過I/O驅(qū)動(dòng)模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線等物理設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集以及信號(hào)的輸出。能夠解決傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品硬件體系結(jié)構(gòu)的封閉性和各傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品間互不兼容的局限性問題，性價(jià)比高，軟PLC技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域也在推廣應(yīng)用[10-14]。軟PLC的控制架構(gòu)同傳統(tǒng)PLC的控制架構(gòu)不一樣，如圖3所示。

圖3　傳統(tǒng)PLC與軟PLC的控制結(jié)構(gòu)

2基于PC的軟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟PLC綜合了計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)PLC的強(qiáng)大功能，其數(shù)據(jù)傳輸速度，運(yùn)算速度、圖形交互功能都得到了很大的提高，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和正常操作的人性化要求。

控制系統(tǒng)采用自動(dòng)半自動(dòng)控制方式，控制器選擇西門子的PC677及其ET200SI/O模塊，主要完成活塞的夾緊動(dòng)作，上下氣缸的移動(dòng)和施壓，最后釋放壓力，松開加緊，將發(fā)動(dòng)機(jī)輸送到下一個(gè)工序。采用工業(yè)以太網(wǎng)的通訊方式來實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制層級(jí)之間的數(shù)據(jù)傳輸，將該控制系統(tǒng)并入整個(gè)控制環(huán)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)DCS控制。部分控制程序如圖4所示。

圖4　部分控制程序塊圖

活塞擋圈裝配是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，針對(duì)該裝配工藝過程搭建的控制系統(tǒng)如圖5所示。控制核心為西門子的PC677，同時(shí)控制6個(gè)工位，通過通訊模塊，每個(gè)工位現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)PC477，主要用來對(duì)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警顯示，以及ET200SI/O模塊，RFID射頻識(shí)別裝置等。

圖5　控制系統(tǒng)原理圖

3通訊與組態(tài)

本文采用集散控制理論，現(xiàn)場(chǎng)擬采用集中控制，下位機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)"并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)通過串口傳輸給上位機(jī)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示和報(bào)警，上位機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制[13]。實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配主線的所有工位，并顯示部分工位的狀態(tài)。通過質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、查詢改善發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的改進(jìn)、維護(hù)和追溯。

控制系統(tǒng)的核心為PC677，通過16口網(wǎng)關(guān)保持各級(jí)系統(tǒng)的通訊和數(shù)據(jù)傳輸，活塞擋圈裝配通過自動(dòng)控制，核心控制部件集成在一個(gè)控制柜內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給PC677，PC677通過以太網(wǎng)接入整個(gè)裝配線的控制環(huán)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)，通過組態(tài)可以實(shí)現(xiàn)各層級(jí)數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)傳輸并實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警，部分組態(tài)界面如圖6所示。

圖6　部分組態(tài)界面

4總結(jié)

為解決汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷、活塞銷擋圈裝配環(huán)節(jié)中采用傳統(tǒng)的手動(dòng)裝配方式耗時(shí)費(fèi)力，成本高的問題，設(shè)計(jì)并制造了一種活塞銷擋圈進(jìn)行自動(dòng)化安裝的裝置。通過搭建基于PC的軟PLC的控制系統(tǒng)，采用多種通訊方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)反饋故障數(shù)據(jù)，該裝置安裝速度快，合格率高，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

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(編輯趙蓉)

The Design of the Equipment for the Piston Pin Ring Installation

WANG Xuana，SUN Li-qinb，DING Hou-yongc

(a.Mechanical Design Department;b.Business Department;c.Research and Development Department, Dalian Haosen Equipment Manufacturing Co., Ltd.，Dalian Liaoning 116036, China)

Abstract：The assembly process of automobile engine piston pin and piston pin retainer is an important link in the process of engine assembly .Traditional manual method is time consuming and high-cost .An engine piston pin and piston pin retainer installation device can assemble automatically is designed and manufactured to solve the issue above .Structure principle and working process was analyzed and the soft PLC control system on the basis of PC was established .The monitoring information of field devices was realized by industrial Ethernet and the data was fast uploaded to the upper computer by the industrial Ethernet. The control system is able to Implement Real-time monitoring and Feedback failure data .The practice shows that the Installation is fast and the percent of pass is high, adaptable, stable and reliable control system was reliable.

Key words：soft PLC; piston; check ring

文章編號(hào)：1001-2265(2016)06-0146-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.06.040

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-08-11

*基金項(xiàng)目：遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)(201408001)

作者簡(jiǎn)介：王璇(1971—)，女,遼寧大連人，大連豪森設(shè)備制造有限公司工程師，研究方向?yàn)樽兯傧溲b配線設(shè)計(jì)與制造，(E-mail)wangxuan@haosen.com.cn。

中圖分類號(hào)：TH122;TG506

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A