李彬，彭海峰，王迎斌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

大滑板輸送設(shè)備因?yàn)槠溥m用性強(qiáng)，造價(jià)相對(duì)于其他輸送設(shè)備便宜，目前在江淮汽車乘用車總裝車間，如乘用車三廠，乘用車二廠內(nèi)飾裝配線等線體輸送設(shè)備大部分都采用的是大滑板輸送設(shè)備進(jìn)行輸送，大滑板輸送設(shè)備目前已然成為了江淮汽車總裝車間輸送主流設(shè)備，由于總裝工藝人員非標(biāo)設(shè)計(jì)能力不足，前期大滑板非標(biāo)輸送設(shè)備主要是通過由專業(yè)設(shè)計(jì)院來完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及計(jì)算校核，每新建一條大滑板都給設(shè)計(jì)院支付10%設(shè)備總價(jià)值的設(shè)計(jì)費(fèi)，因此為了節(jié)約此部分非標(biāo)設(shè)計(jì)成本，我們對(duì)大滑板非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核自主研究工作開展已勢(shì)在必行。

1 大滑板輸送設(shè)備組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)流程

1.1 概述

下面就以江淮汽車蒙城工廠建設(shè)項(xiàng)目為設(shè)計(jì)來源，論述蒙城工廠OK線大滑板輸送設(shè)備設(shè)計(jì)流程及計(jì)算校核，蒙城工廠建設(shè)微客設(shè)計(jì)綱領(lǐng)為：雙班16個(gè)小時(shí)，250天，10萬產(chǎn)能；根據(jù)前期工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃，蒙城工廠需建設(shè)2條OK線來滿足節(jié)拍需求，此次兩條OK線都設(shè)計(jì)為大滑板輸送設(shè)備。

1.2 大滑板結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)流程

1.2.1 大滑板結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)介

大滑板輸送線主要由滑板、軌道、驅(qū)動(dòng)裝置、回轉(zhuǎn)裝置、升降臺(tái)、滑板升降機(jī)、軌道鎖緊裝置、滑板驗(yàn)具、維修臺(tái)車等組成；

1.2.2 大滑板總體結(jié)構(gòu)外形

如下圖1所示：上方的圖示為大滑板總體結(jié)構(gòu)正視圖，下方為俯視圖，全圖即為此次主要設(shè)計(jì)的大滑板總體結(jié)構(gòu)外形圖。

圖1 大滑板總體結(jié)構(gòu)外形圖

1.2.3 大滑板設(shè)計(jì)流程梳理

1.2.3.1 設(shè)計(jì)流程：大滑板從設(shè)計(jì)輸入-計(jì)算主線輸送速度-頭尾雙線轉(zhuǎn)接方式選擇-快速驅(qū)動(dòng)段長度計(jì)算-各轉(zhuǎn)接點(diǎn)輸送速度校核-主驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型校核-主驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量確認(rèn)-制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型校核-快驅(qū)電機(jī)選型校核-升降機(jī)電機(jī)選型校核-旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)選型校核-剪式升降臺(tái)電機(jī)選型校核-設(shè)備工位確認(rèn)-過渡板數(shù)量確認(rèn)-線體長度選擇-軌道間距確認(rèn)-軌道型號(hào)選擇校核-滑板滾輪軸強(qiáng)度校核-滑板滾輪軸承校核-升降機(jī)皮帶強(qiáng)度校核-升降機(jī)立柱強(qiáng)度校核-繪制CAD總圖-設(shè)計(jì)結(jié)束。

2 大滑板輸送設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)輸入

2.1.1 生產(chǎn)車型

蒙城項(xiàng)目微客，產(chǎn)品代號(hào)SMPV，整車長寬高為4645mm×1740mm×1860mm，軸距 2810mm，前輪距 1500mm，后輪距1465mm，整車整備重量1750kg。

2.1.2 生產(chǎn)任務(wù)

完成SMPV內(nèi)飾線零部件裝配調(diào)整等工作。

2.1.3 生產(chǎn)綱領(lǐng)

雙班/8小時(shí)，每班/250天，每年 10萬產(chǎn)能(25JPH)，考慮設(shè)備開動(dòng)率 90% ，滿足 10萬所需要的節(jié)拍為 144×0.9=129.6S。

2.2 大滑板設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 大滑板初始參數(shù)確定

2.2.1.1 工位間距及寬度

根據(jù)整車長寬高為4645mm×1740mm×1860mm，再留取適當(dāng)?shù)牟僮骺臻g，我們選取工位間距為 6000mm，線體寬度為3000mm，即單板長、寬為6000mm*3000mm。

2.2.1.2 據(jù)工藝及工位安排計(jì)算主線節(jié)拍及輸送速度

年產(chǎn)10萬輛，生產(chǎn)班制：250天/年，雙班/天，8小時(shí)/班；工位節(jié)距6000mm。設(shè)備開動(dòng)率為90%。節(jié)拍t=60Tη/N；T——為年工作時(shí)間，N為生產(chǎn)綱領(lǐng)，η為設(shè)備開動(dòng)率。

考慮后期產(chǎn)能提升 50%，設(shè)備運(yùn)行速度需達(dá)到 V設(shè)=2.78*1.5=4.17m/min。設(shè)備采用變頻調(diào)速最高速度在 4.17m/min。理論能實(shí)現(xiàn)0.417m/min-4.17m/min的變化，滿足生產(chǎn)要求。產(chǎn)能提升后節(jié)拍t=60*250*8*2*0.9/150000= 1.44min/臺(tái)。

2.2.1.3 設(shè)備工位設(shè)置

設(shè)備分為A線和B線共36個(gè)工位，A線18安裝工位，主驅(qū)動(dòng)半個(gè)工位，制動(dòng)半個(gè)工位，快速追趕需要一個(gè)工位，快速脫離需要一個(gè)工位，下線工位一個(gè)，升降工位左右各一個(gè)，旋轉(zhuǎn)工位左右各一個(gè)。A線總共需設(shè)置26個(gè)工位，這樣我們就能計(jì)算出線體的大概有效長度L=26*6=156m?？紤]到個(gè)設(shè)備（升降設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備）之間運(yùn)轉(zhuǎn)的緩沖實(shí)際線體長度在158.5m。

2.2.1.4 各轉(zhuǎn)接點(diǎn)的節(jié)拍計(jì)算

A線和B線的轉(zhuǎn)接方式的選擇：A線轉(zhuǎn)B線一般采用空中轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，如果采用地底下，由于滑板帶有車身使得地坑深度應(yīng)該在4.5m以上，從經(jīng)濟(jì)性上是不合適的。B線轉(zhuǎn)A線由于沒有車身的因素，從地底下就比較合理。轉(zhuǎn)接中要保證整個(gè)車身向前運(yùn)行，轉(zhuǎn)接的過程中需要回轉(zhuǎn)設(shè)備保證車身在裝配線上車頭朝前。所以轉(zhuǎn)接設(shè)備就包括（1）回轉(zhuǎn)裝置；（2）轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)；（3）地坑剪式升降機(jī)。

快速驅(qū)動(dòng)為26.4m/min、回轉(zhuǎn)速度為20.4m/min?；剞D(zhuǎn)裝置動(dòng)作時(shí)序圖.dwg，見附件；看圖可知回轉(zhuǎn)裝置的節(jié)拍為77s在86s內(nèi)。設(shè)備速度滿足節(jié)拍要求。

快速驅(qū)動(dòng)為26.4m/min，升降機(jī)升降速度為40m/min。轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)動(dòng)作時(shí)序圖.dwg，見附件；從圖紙中可以分析到轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)的動(dòng)作節(jié)拍在77s，在86s內(nèi)。滿足工藝節(jié)拍要求。

快速驅(qū)動(dòng)為26.4m/min，剪式升降臺(tái)升降速度6m/min。剪式舉升臺(tái)動(dòng)作時(shí)序圖.dwg，見附件；從圖紙中可以分析到轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)的動(dòng)作節(jié)拍在82s，在86s內(nèi)。滿足工藝節(jié)拍要求。

2.2.2 各設(shè)備的電機(jī)功率選擇及校核

2.2.2.1 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)選擇

2.2.2.1.1 滑板線整體驅(qū)動(dòng)整體載荷重量

表1

2.2.2.1.2 滑板行走滾動(dòng)摩擦系數(shù)：

滾輪摩擦系數(shù)根據(jù)滾輪結(jié)構(gòu)計(jì)算：

圖2 滑板滾輪結(jié)構(gòu)圖

D：滾輪直徑

d：滾輪軸直徑

k：滾輪在軌道上的摩擦力臂（可取0.05-0.06）

μ：滾輪軸頸處滑動(dòng)摩擦系數(shù)（0.01-0.03）

c0：附加阻力，如滾輪側(cè)緣和導(dǎo)軌之間的阻力、由于偏斜或安裝不準(zhǔn)而引起的阻力，對(duì)于滑動(dòng)軸承取1.2-1.3，對(duì)于滾動(dòng)軸承取1.5-1.8。

W：滾輪摩擦系數(shù)

滾輪C0=1.5，k=0.05，μ=0.03，d=9cm，D=20cm；

W=1.5*（2*0.05+0.03*9）/20=0.0278。

2.2.2.1.3 主驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

工藝速度為：4.17m/min，總載荷為：M=56520Kgf，摩擦系數(shù)為：0.028。

p=w*M*10*V/60/0.85/1000；p=1.294KW；單臺(tái)電機(jī)功率為0.65KW。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇1.1KW。根據(jù)SEW電機(jī)選型樣本電機(jī)使用環(huán)境。

2.2.2.1.4 主驅(qū)動(dòng)摩擦輪直徑選擇

摩擦輪直徑一般都有系列化，300mm、470mm、500mm等選擇，摩擦輪直徑越大使用中接觸面積就越大，但是成本也相應(yīng)增加。根據(jù)主驅(qū)動(dòng)的使用情況選擇D=300mm直徑的摩擦輪較為合適。滑板運(yùn)行阻力為：F=0.028*56520*10=15825.6N。扭矩為T=F*R，總扭矩：T=15825.6*0.15=2373.84（N*m）。

2.2.2.1.5 電機(jī)減速機(jī)選擇

電機(jī)功率選擇1.1KW，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，4.17/0.94=4.4r。選取轉(zhuǎn)速為 4.8r。實(shí)際最大輸送速度為4.52m/min。KF87R57DT90S4/BMG/HF/TF/VS輸出轉(zhuǎn)速為4.8r/min；輸出扭矩為 2010N*m。使用系數(shù) 1.35。電機(jī)減速機(jī)輸出力為F出=2010*2/0.15=26800N。

主驅(qū)動(dòng)數(shù)量的選擇，從功率上選擇總功率應(yīng)在2臺(tái)主驅(qū)動(dòng)滿足使用要求。主驅(qū)動(dòng)在使用過程中負(fù)荷較大，備用兩臺(tái)。主驅(qū)動(dòng)一般選擇4臺(tái)使用。

2.2.2.2 快速驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)的選擇

快速驅(qū)動(dòng)是為了滿足線體與單機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)接，快速的將滑板輸入、輸出單機(jī)設(shè)備，滿足線體輸送的節(jié)拍要求。

表2

滑板的摩擦系數(shù)為w=0.0278，電機(jī)的功率：p=w*M*10*V/60/0.85/1000；快速驅(qū)動(dòng)的輸送速度為24m/min；p=0.0278*2700*10*24/60/0.85/1000=0.353KW。電機(jī)功率選擇0.75KW，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，24/0.94=25.5r。查SEW選型手冊(cè)KF47DT80N4/BMG/HF/TF,輸出轉(zhuǎn)速28r/ min，輸出扭矩255N*m。實(shí)際輸送速度為：V=0.3*π*28= 26.4m/min。

2.2.2.3 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)選擇

制動(dòng)驅(qū)動(dòng)主要是防止滑板出現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)性位移，造成滑板自行移動(dòng)，通過制動(dòng)驅(qū)動(dòng)的同步轉(zhuǎn)動(dòng)使得滑板之間不存在間隙。運(yùn)行更加平穩(wěn)。

滑板實(shí)際運(yùn)行速度為4.52m/min即0.075m/s，摩擦輪采用300mm，輸出轉(zhuǎn)速為4.8r?？刂苹寮铀贂r(shí)間為1秒，加速度為 a：0.075m/s2。慣性力為 F=m*a，m=56520Kg，F(xiàn)=56520*0.075=4239N。

實(shí)際功率為 p=F*V/60/0.85/1000,P=4239*4.52/60/0.85/1000=0.38KW。單臺(tái)功率為0.19KW。選擇0.55KW的電機(jī)，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，4.17/0.94=4.4r電機(jī)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為4.7r/min；

實(shí)際輸送速度為：V=0.3*π*4.7=4.43m/min.根據(jù)選型手冊(cè)電機(jī)減速機(jī)型號(hào)為 KF77R37DT80K4/BMG/HF/TF/VS，輸出轉(zhuǎn)速4.7r/min；輸出扭矩1020N*m。摩擦輪直徑0.3m，輸出阻力為6800N。

2.2.2.4 轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)選擇

轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)是通過升降機(jī)將滑板和車身送到空中鋼平臺(tái)，從A線輸送到B線，再通過另外一臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)將滑板從空中平臺(tái)輸送到B線。

表3

根據(jù)SEW電機(jī)減速機(jī)選型：

選擇R系列，R107DV160L4/BMG/HR/TF，輸出轉(zhuǎn)速為41r/min，輸出扭矩為 3460N*m。實(shí)際升降速度為：V=0.35*π*41=45.1m/min。電機(jī)減速機(jī)提升力為：3460*0.175= 19771 N。

2.2.2.5 剪式升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)選擇

用于將滑板通過地面返回，舉升高度最大為1.8m，升降速度為6m/min。最大載荷為2000Kg。

2.2.2.5.1 剪式升降機(jī)總載荷

表4

運(yùn)動(dòng)部件總載荷為M=4650Kg；

2.2.2.5.2 電機(jī)功率的選擇

電機(jī)功率：P=M*10*V/60/0.85/1000；升降速度為 6m/min，P=4650*10*6/60/0.85/1000=5.47KW，安全系數(shù)取2，電機(jī)功率選取11KW。

2.2.2.5.3 剪式升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)選擇

通過模擬分析舉升過程中皮帶行走具體，即舉升1.8m，皮帶行走距離為3.6m，皮帶行走速度為：V皮12m/min；帶輪直徑選擇為 d=0.135m，需要轉(zhuǎn)速 n=V皮/π/d，則 n=12/π/0.135=28.3r。查SEW電機(jī)減速機(jī)選型表可知：R107DV160 M4/BMG/HF/TF，輸出轉(zhuǎn)速為30r/min，扭矩為T=3470N*m。

2.2.2.6 旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)減速機(jī)選型

2.2.2.6.1 載荷計(jì)算

滑板重量 1700Kg；車身重量：1000Kg；旋轉(zhuǎn)臺(tái)加驅(qū)動(dòng)重量：2000Kg。

2.2.2.6.2 摩擦系數(shù)選擇

旋轉(zhuǎn)臺(tái)為滾動(dòng)摩擦：系數(shù)選取在0.025-0.05之間；滾輪直徑270。摩擦系數(shù)選擇0.025。滾輪直徑越大摩擦系數(shù)越小。

2.2.2.6.3 電機(jī)功率選擇

阻力F=μN(yùn)=0.025*4700*10=1175N；軌道旋轉(zhuǎn)直徑3m；周長為9.42m；兩轉(zhuǎn)為：V=18.85m/min。

P=F*V/60/1000=1175*18.85/60/1000=0.369Kw；選取電機(jī)2.2KW。滿足使用要求。電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速：滾輪直徑270mm；22.23r，選擇24r，滿足節(jié)拍要求；

電機(jī)減速機(jī)型號(hào)為：KA77DV100M4/BMG/HF,安裝方式M3，電機(jī)接線角度180°

2.2.2.7 主要結(jié)構(gòu)見受力強(qiáng)度計(jì)算

2.2.2.7.1 滑板強(qiáng)度計(jì)算

滑板加支架的整體重量為1700Kg，車身重量按1000Kg計(jì)算，整體載荷為M=2700Kg?；遄咻啚樗膫€(gè)，由于車身整體重心的不平衡造成走輪承載不一樣，載荷 P=M/4/0.7；0.7為走輪的不平衡系數(shù)。P=2700/4/0.7=964.3Kg。走輪軸選擇F=P*g，F(xiàn)=964.3*10=9643N。根據(jù)走輪結(jié)構(gòu)，走輪軸為心軸只受彎矩，按中心載荷計(jì)算彎矩為：T=F*l=9643*50=482150N*mm。為許用剪切應(yīng)力。走輪軸采用45鋼，查遍計(jì)算為355Mpa。d=23.86mm。走輪軸采用直徑24mm以上的45#鋼均能滿足要求。

圖3

走輪軸承的校核：走輪選擇軸承為深溝球軸承型號(hào)為6308。單個(gè)軸承受力為F=1.2*9643/2=5786N

軸承參數(shù)：軸承內(nèi)徑40，外徑90；額定靜載荷C0r=24000 N，額定動(dòng)載荷Cr=40800N。極限轉(zhuǎn)速7000，潤滑方式：潤滑脂。

工作參數(shù)：軸向載荷Fa=100N；徑向載荷：Fr =5786N，一年工作4000小時(shí)，20年為80000小時(shí)，工作轉(zhuǎn)速為：8r/min。

計(jì)算結(jié)果為：當(dāng)量靜載荷：P0=Fr，額定靜載荷C0= S0*P0，S0為安全因素，選擇為1.5，C0=1.5*5786=8679；小于24000滿足。24000/5786=4.1

當(dāng)量動(dòng)載荷為：Pr=5786N，

fh=Cr*fn*ft/fm/fd/Pr；

fn=1.494, ft=1, fm=1.5, fd=1.2。fh=5.85。查表，軸承壽命為100000小時(shí)。滿足20年的使用要求。

2.2.2.7.2 行走軌道的校核

滑板自重1700KG，車身自重800KG，其他重量200KG，四個(gè)輪子承載675KG，預(yù)留100KG

在外力作用下，梁的軸線由直線變?yōu)榍€，變彎后的梁軸稱為撓曲軸，它是一條連續(xù)而光滑的曲線。

根據(jù) 22#輕軌的實(shí)際受力知：其彎曲變形可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，承受集中載荷F=8000N，受力簡(jiǎn)化如圖所示。

圖4

則22#輕軌的最大撓度計(jì)算過程如下所示：

由于載荷F作用在梁跨度中點(diǎn)，即a=b=0.75m，知梁的最大撓度發(fā)生在梁跨度中點(diǎn)即由工程力學(xué)手冊(cè)查得中點(diǎn)受力的最大撓度計(jì)算公式為：

公式中各參數(shù)含義即本題目中的數(shù)值：

F：簡(jiǎn)支梁載荷，8000N；

l：簡(jiǎn)支梁總長，1.5m；

2.2.2.7.2 升降機(jī)的材料強(qiáng)度校核：

升降機(jī)皮帶載荷：7000Kg（皮帶升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)選擇的載荷計(jì)算表），單根皮帶為7000/4=1750Kg。提升安全系數(shù)一般在10以上，單根皮帶需滿足承載17500Kg，即175000N為175KN。根據(jù)皮帶（康迪泰克）提供的皮帶承載表，選擇寬度為180系列的能承載234KN。

升降機(jī)立柱的靜力穩(wěn)定性計(jì)算：驅(qū)動(dòng)裝置加驅(qū)動(dòng)平臺(tái)重量為2000Kg；承載7000Kg加配重6500Kg。單根立柱承受載荷為 2000+7000+6500=15500（Kg）；P=15500*10/2= 77500 N；300*10方管立柱長度為L=10m為：

λ=2*10/0.408/0.3=163.4。λ＞λ1；所以采用歐拉公式計(jì)算：

E=200*105N/cm2；300*10矩形管慣性矩I=24966cm4，L=1000cm，μ=2；

Pc=1232022N，選取6的安全系數(shù)：P=6*22500=465000N。Pc＞P；滿足穩(wěn)定要求。

在完成了電機(jī)、減速機(jī)選型及主要部件的強(qiáng)度校核后，一條大滑板輸送線就基本設(shè)計(jì)完成了，按校核內(nèi)容選取的零部件繪制CAD零部件圖紙及總圖即可。

3 結(jié)束語

本論文通過對(duì)大滑板輸送線體主要結(jié)構(gòu)、非標(biāo)設(shè)計(jì)流程、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)選型計(jì)算校核及主要組成部件受力強(qiáng)度的安全計(jì)算校核等，完成了一條總裝車間大滑板輸送線的完整非標(biāo)設(shè)計(jì)。

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