王莉莉，梁增提，廖金團(tuán)，鄭志明，曾慶文

（1.柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州545036；2.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

輸送裝置是車身焊接生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，它的功能是將各個(gè)獨(dú)立的工位連接為功能完整的生產(chǎn)線，常見(jiàn)的輸送裝置有兩種方案可供選擇，一種是往復(fù)式輸送裝置，另外一種是循環(huán)式輸送裝置[1]。桂林客車發(fā)展有限公司原有的S100電動(dòng)車車身焊接輸送裝置是水平往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的，靠人工推動(dòng)移動(dòng)架輸送。該輸送方式已經(jīng)不適用于現(xiàn)代汽車高效的生產(chǎn)方式，因此，對(duì)S100電動(dòng)車輸送線進(jìn)行自動(dòng)化改造至關(guān)重要。

1 原有輸送線及存在的問(wèn)題

S100電動(dòng)車輸送線設(shè)備主要是焊裝S100電動(dòng)車車身，由四個(gè)焊裝工位組成，每個(gè)工位由許多定位夾緊夾具、自動(dòng)或手動(dòng)焊接裝置及檢測(cè)裝置等設(shè)備以及供電供氣裝置組成。每個(gè)工位是獨(dú)立操作的，被焊接零件在各工位之間是靠人工手動(dòng)傳送的。整個(gè)輸送線是往復(fù)式輸送裝置。

工作原理如圖1所示，當(dāng)輸送線在起始位置，車身放置在初始工位的焊接夾具上，完成該工位的焊接工作后，頂升框架和移動(dòng)架被抬起，車身脫離夾具，在移動(dòng)架的兩側(cè)各由一排人手動(dòng)推動(dòng)移動(dòng)架至末尾位置，將車身輸送至下一個(gè)工位，然后頂升機(jī)構(gòu)和移動(dòng)架下降，車身放置在夾具上并脫離移動(dòng)架，移動(dòng)架處于空載狀態(tài)，人工推動(dòng)移動(dòng)架回到初始位置，如此循環(huán)直到完成所有的焊接后車身被吊離輸送線。移動(dòng)架是由三個(gè)基座組成的，基座之間是相連的，每個(gè)基座可放置一個(gè)車身，移動(dòng)架的兩邊的橫梁嵌入頂升框架內(nèi)，移動(dòng)架與頂升框架接觸之間有軸承支撐，這樣能夠降低移動(dòng)架滑動(dòng)的摩擦力。

圖1 輸送線示意圖

原有輸送設(shè)備（如圖2所示）存在以下問(wèn)題：該輸送線負(fù)載總重約4.5 t，由兩排人同時(shí)手動(dòng)推動(dòng)移動(dòng)架把車身輸送到下一個(gè)工位，雖然移動(dòng)架與頂升框架之間安裝有軸承滾輪，可以降低摩擦，但還是會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重消耗工人的體力；輸送設(shè)備和車身很重，周圍有很多焊槍設(shè)備，在人工推動(dòng)過(guò)程中存在安全隱患。

圖2 改造前的輸送線

2 輸送線改造方案

2.1 機(jī)械方案

輸送線的移動(dòng)架移動(dòng)方式由原來(lái)的人工移動(dòng)改造為自動(dòng)化移動(dòng)。通過(guò)查找資料和實(shí)地測(cè)量分析，綜合考慮空間布局、制造成本、便于維護(hù)等因素，最終確定自動(dòng)化改造方案（如圖3所示）。采用減速電機(jī)固定安裝在頂升框架上，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，鏈條與移動(dòng)架連接，并帶動(dòng)移動(dòng)架水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)架移動(dòng)的距離等于工位之間的距離。根據(jù)核算，鏈條選用16A雙排鏈條，鏈輪傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為1∶1，鏈輪分度圓直徑為0.13 m.由于鏈條較長(zhǎng)，且頂升框架上要避開(kāi)干涉，所以設(shè)計(jì)一定數(shù)量的張緊機(jī)構(gòu)。

圖3 輸送線的改造方案

根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍要求，單程輸送時(shí)間為T=50 s，輸送行程為S=8m，則輸送速度為：

計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)速：輸送負(fù)載質(zhì)量為m=4 500 kg，考慮系統(tǒng)誤差與系統(tǒng)摩擦，輸送負(fù)載質(zhì)量設(shè)置為原來(lái)的2倍值，即m=9 000 kg，設(shè)起步階段時(shí)間為1 s，并加速至0.16m/s，則輸送機(jī)構(gòu)需要的推力為：計(jì)算得到起步階段電動(dòng)機(jī)輸出軸扭矩為：

計(jì)算得到起步階段電動(dòng)機(jī)輸出功率為：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)及安裝方便性，選取SEW品牌K系列減速電機(jī)，該品牌減速電機(jī)性能好，效率高，可靠耐用[2]。查減速電機(jī)選型表，選取減速電機(jī)型號(hào)為K77DRE100LC4，電機(jī)鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.2 電氣方案

電氣控制回路由PLC和變頻器來(lái)共同控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高低速和正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。當(dāng)移動(dòng)架在初始位置時(shí)，頂升框架需要上升到位，頭夾具打開(kāi)，移動(dòng)架才可以移動(dòng)到末尾，這時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)移動(dòng)架在末尾時(shí)，頂升框架需要下降到位，中間夾具打開(kāi)，移動(dòng)架才可以移動(dòng)到初始位置，這時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（如圖5所示）。頂升框架的上升下降和夾具的打開(kāi)是輸送線系統(tǒng)原有的功能，不用做更改，只需要做相應(yīng)的傳感器取到位信號(hào)。夾具松開(kāi)和頂升框架上升下降到位檢測(cè)信號(hào)為備用信號(hào)。在滿足S100電動(dòng)車自動(dòng)輸送線控制要求的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧成本的控制，選用了臺(tái)達(dá)公司型號(hào)為DVP14SS211R的PLC作為主控制器。由于整個(gè)控制系統(tǒng)的總輸入/輸出點(diǎn)數(shù)超過(guò)了14個(gè)，所以另外還加了一個(gè)型號(hào)為DVP16SP11R的擴(kuò)展模塊。同時(shí)選用了臺(tái)達(dá)公司型號(hào)為VFD037EL43A的變頻器，來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

圖5 輸送示意圖

根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，PLC程序分為手動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制程序，可通過(guò)控制面板上的手/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。系統(tǒng)控制過(guò)程如圖6、圖7所示。

圖6 控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行流圖程

圖7 系統(tǒng)初始化過(guò)程

2.3 改造后的輸送線安裝與調(diào)試

對(duì)改造的輸送線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試，改造后的輸送線結(jié)構(gòu)如圖8所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)測(cè)試（如圖9所示），輸送線運(yùn)行安全可靠，滿足生產(chǎn)需求。經(jīng)過(guò)改造發(fā)現(xiàn)，輸送線輸送效率大大提高了，單程輸送時(shí)間由原來(lái)的3 min提高到50 s以內(nèi)，輸送方式由原來(lái)的人工推動(dòng)改造為自動(dòng)化輸送，大大節(jié)省了人力，滿足現(xiàn)代汽車高效的生產(chǎn)需求。

圖8 改造后的輸送線

圖9 改造后的輸送線運(yùn)行圖

3 結(jié)束語(yǔ)

S100電動(dòng)車車身焊接輸送線的移動(dòng)方式由原來(lái)的人工移動(dòng)改造為自動(dòng)化移動(dòng)，從而能夠有效節(jié)省人力，提高生產(chǎn)效率，此研究方法合理有效。對(duì)S100電動(dòng)車輸送線的自動(dòng)化的改造技術(shù)適應(yīng)于一般焊裝生產(chǎn)線設(shè)備，對(duì)后續(xù)類似設(shè)備改造起到現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。