許麗虹 許振宏 馮志鵬

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送生產(chǎn)線存在輸送時(shí)間長(zhǎng)、輸送精度低的問題，通過分析輸送機(jī)構(gòu)的工作原理及結(jié)構(gòu)，提出三個(gè)優(yōu)化方案來提升輸送速度，并采用伺服改造提高輸送精度。

關(guān)鍵詞：往復(fù)桿輸送;速度;伺服電機(jī);增值時(shí)間;輸送精度

傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送線具有穩(wěn)定性高，運(yùn)行可靠，造價(jià)低廉，維修方便等特點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送線存在輸送時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低的問題;同時(shí)傳統(tǒng)往復(fù)輸送線采用普通變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸送過程啟動(dòng)慢，需要通過檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)加減速及到位，控制繁瑣，加減速曲線不好，輸送線精度差。

基于上述存在的問題，我們提出輸送時(shí)間短、停止位精度高、控制簡(jiǎn)單的解決方案。方案對(duì)輸送速度進(jìn)行提升，同時(shí)將傳統(tǒng)往復(fù)輸送機(jī)構(gòu)中的變頻電機(jī)改為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，重新設(shè)計(jì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，優(yōu)化往復(fù)輸送機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，優(yōu)化輸送速度曲線。

1 往復(fù)桿輸送線提速優(yōu)化

往復(fù)桿輸送線的工作原理是輸送線整體抬升將工件抬離焊接夾具，輸送線水平運(yùn)行將工件輸送至下一工位，輸送線整體下降，同時(shí)將工件放置在焊接夾具上，輸送線返回原工位[1]?，F(xiàn)有往復(fù)桿輸送線的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

現(xiàn)有生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍為40JPH，運(yùn)行效率為90%，ATT時(shí)間為81S，往復(fù)輸送線的輸送時(shí)間為25S，其動(dòng)作循環(huán)過程為：上升—后退鎖打開—前進(jìn)—下降—前進(jìn)鎖打開—后退，其運(yùn)行時(shí)間分解如圖2所示。

在生產(chǎn)節(jié)拍不變的情況下，往復(fù)輸送線輸送時(shí)間越長(zhǎng)，生產(chǎn)線的增值時(shí)間越低，所以可以通過減少往復(fù)輸送線的輸送時(shí)間來提高生產(chǎn)線的增值時(shí)間。從往復(fù)桿輸送線的時(shí)間分布來看，可以從輸送上升、輸送前進(jìn)、輸送下降、輸送后退環(huán)節(jié)進(jìn)行提速。

1.1 提高輸送上升、下降速度的方法

現(xiàn)有往復(fù)輸送線通過舉升氣缸和拉動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)其做上升運(yùn)動(dòng)，上升時(shí)間為4.5S;通過輸送線自重和拉動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)其做下降運(yùn)動(dòng)，下降時(shí)間為5.5S。提高上升、下降速度的方法是改變現(xiàn)有的氣路控制方式，其措施如下：

1）在輸送線下降階段，對(duì)舉升氣缸反向加氣壓;

2）通過改變驅(qū)動(dòng)管道直徑大小，將驅(qū)動(dòng)管道直徑由原先直徑為50mm的管道改為直徑為40mm的，以實(shí)現(xiàn)減少充氣時(shí)間;

3）通過增加換向閥的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)增大充氣流量;

4）通過改變氣缸型號(hào)，將目前使用的普通氣缸改變?yōu)榈湍Σ亮飧住?/p>

通過以上改進(jìn)措施，輸送機(jī)構(gòu)上升700mm需要的時(shí)間為4s，下降700mm需要的時(shí)間為4s。

1.2 提高前進(jìn)、后退速度的方法

通過改變往復(fù)桿輸送機(jī)構(gòu)的輸送電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速比來提高輸送線前進(jìn)、后退的速度，減少輸送時(shí)間。

往復(fù)桿輸送機(jī)構(gòu)現(xiàn)在使用的電機(jī)型號(hào)為R97DV160M4/BMG/HF，其電機(jī)功率為11KW，減速比為16.17，頻率為50HZ，輸出轉(zhuǎn)速為91r/min，輸出額定扭矩為1150M.m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，加速時(shí)間為1.5s，減速時(shí)間為1.2s，勻速時(shí)間為4.3s，整個(gè)水平輸送時(shí)間為7s。

考慮便于做備件，減速機(jī)延用R97系列。初步選定的電機(jī)型號(hào)為R97DRE180M4BE20/HF/TF，其電機(jī)功率為15KW，減速比為12.39，輸出轉(zhuǎn)速為118 r/min，輸出額定扭矩為1210N.m。齒輪分度圓半徑為0.1m，電機(jī)與齒輪的傳動(dòng)比為1：1，工位節(jié)距為5.5m，輸出的同步速度為1.23m/s，按照使用頻率為45HZ計(jì)算，輸送線臺(tái)車滑板高速運(yùn)行速度為1.11m/s，全程高速運(yùn)行需要的時(shí)間為5s。加速時(shí)間t1為1s，加速距離為0.8m，減速時(shí)間為0.8s，減速距離為0.6m，則實(shí)際高速運(yùn)行需要的時(shí)間為3.7s，整個(gè)前進(jìn)輸送時(shí)間為5.5s。

通過對(duì)現(xiàn)有往復(fù)桿輸送線進(jìn)行提速，其運(yùn)行的時(shí)間可以減少至20s。

1.3 利用輸送后退的時(shí)間進(jìn)行焊接

通過增加機(jī)械硬防護(hù)的方式，利用輸送后退的時(shí)間進(jìn)行焊接，可以提高增值時(shí)間。確保員工操作不與輸送托架掃略區(qū)域發(fā)生干涉，同時(shí)屏蔽控制在該工位返程時(shí)間段的光柵檢測(cè)，輸送線后退時(shí)可以進(jìn)行上部車身的焊接、裝件及側(cè)框推進(jìn)等工作，如果在輸送線后退時(shí)進(jìn)行夾具關(guān)夾及用于工人操作，將會(huì)使輸送線運(yùn)行時(shí)間減少5.5s，從而使工人操作時(shí)間增加5.5s。增加機(jī)械防護(hù)前后的對(duì)比如圖3所示。

2 伺服改造

通過采用帶絕對(duì)值編碼器的伺服電機(jī)做為輸送機(jī)構(gòu)前進(jìn)后退的驅(qū)動(dòng)力。電機(jī)控制方面，伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，輸送平穩(wěn)性好，電機(jī)噪音小。加減速階段不需要檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)，控制簡(jiǎn)單，可保證高速運(yùn)行的重復(fù)定位精度為±0.1 mm。機(jī)構(gòu)的加減速曲線好，輸送線受力均衡，降低了設(shè)備的故障率。其控制系統(tǒng)如圖4所示。

在機(jī)械方面，取消到位鎖緊機(jī)構(gòu)、減速開關(guān)、到位緩沖限位機(jī)構(gòu)，解決了輸送臺(tái)車滑板到位后反彈的問題。同時(shí)選用可以為伺服電動(dòng)機(jī)等高速、高精度定位、超精密控制用途開發(fā)的金屬板簧聯(lián)軸器，在實(shí)現(xiàn)高剛性、高轉(zhuǎn)矩、低慣量、高響應(yīng)性的同時(shí)，還具有彎折方向、階梯方向、軸向柔軟的特性，完全沒有背隙，扭轉(zhuǎn)剛性極高，可進(jìn)行準(zhǔn)確的軸旋轉(zhuǎn)和超精密控制。通過金屬板簧聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)與輸送齒輪，實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞，同時(shí)聯(lián)軸器起到緩沖、減震作用，拆裝方便，提高維修效率。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 結(jié)束語

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的往復(fù)桿輸送線運(yùn)行周期由原先25S減少至19s，同時(shí)充分利用了輸送線返程5.5S來焊接，其增值時(shí)間增加了11.5S，輸送重復(fù)定位精度達(dá)到±0.01mm。

參考文獻(xiàn)：

[1]張志杰.車身車間擺桿式往復(fù)輸送線的創(chuàng)新設(shè)計(jì).制造工程設(shè)計(jì)，2006，1007-9467（2006）增刊-00106-02.

[2]王麗莉.往返輸送重載伺服系統(tǒng)方案分析.汽車制造業(yè)，2016，第20期34-37.