馮學(xué)能

（上汽依維柯紅巖商用車有限公司，重慶 400900）

前言

我公司為滿足重型汽車市場(chǎng)對(duì)橋總成產(chǎn)品的需求，投資建設(shè)30萬(wàn)根車橋生產(chǎn)基地，專業(yè)生產(chǎn)重型汽車車橋。車橋分為前橋，中橋和后橋，其中中橋和后橋作為汽車驅(qū)動(dòng)橋，又主要有鑄鋼橋和沖焊橋兩大類型。鑄鋼橋的本體采用鑄造橋殼，然后兩端壓入導(dǎo)管組合而成。我公司為提升鑄鋼橋生產(chǎn)能力而自行設(shè)計(jì)新建了紅巖HY320橋殼壓裝套管線，其工藝模式為面對(duì)面相對(duì)布置兩臺(tái)熱壓機(jī)實(shí)施橋殼導(dǎo)管熱壓作業(yè)，中間沿軸線布置專用傳送線將壓裝后橋殼輸出。該傳送線采用了一種較為特殊的傳送結(jié)構(gòu)模式，根據(jù)我公司鑄鋼橋殼產(chǎn)品特點(diǎn)，采用一種專用托架小車，鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、分段組合式機(jī)架等通過(guò)電氣控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往復(fù)循環(huán)運(yùn)行，投產(chǎn)效果良好，為同類建設(shè)提供參考。

1 項(xiàng)目介紹

橋殼壓裝套管生產(chǎn)線布局見(jiàn)圖 1，兩臺(tái)熱壓機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的橋殼產(chǎn)品吊裝放入傳流線放料端，傳流線自動(dòng)將橋殼緩慢傳送至尾端，在此過(guò)程中橋殼自然冷卻。在尾端，人工起吊取出橋殼。

圖1 總體布局示意圖

主要設(shè)計(jì)要求：

（1）滿足公司全部鑄鋼橋殼類型，橋殼代表產(chǎn)品外形簡(jiǎn)圖見(jiàn)布局示意圖，長(zhǎng)2100mm，寬540-570mm，單件最大自重250Kg。

（2）橋殼傳送線采用自動(dòng)運(yùn)行模式，總長(zhǎng)32米，寬不超過(guò)2.5米。

（3）生產(chǎn)節(jié)拍5分鐘/件，要求節(jié)拍在3-7分鐘/件之間可調(diào)。

（4）橋殼傳送過(guò)程定位可靠，運(yùn)行安全，產(chǎn)品加工面得到保護(hù)。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)方案分析[1]

本項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)建設(shè)一條具備足夠產(chǎn)品適應(yīng)性的物流線自動(dòng)傳輸橋殼。橋殼大量精加工表面，和較大且不規(guī)則的外形決定了不能采用簡(jiǎn)單的滾床模式。吊運(yùn)，托架托板，小車傳送等傳統(tǒng)方式都在我們最初的選擇之中。無(wú)論哪種方式，都需考慮在完成橋殼傳送后空托運(yùn)裝置的返回問(wèn)題，效率、安全和成本也必在考慮之列。最后根據(jù)橋殼的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，我們決定采用托架定位支承橋殼，托架上安裝一組滾輪形成托架小車，并由傳送鏈帶動(dòng)運(yùn)行。而接下來(lái)需要解決小車的返回問(wèn)題，目前一般主要有以下幾種選擇方式：

（1）人工返回：即小車從傳送線初始位置運(yùn)行至尾端后，使其脫離傳送結(jié)構(gòu)，人工轉(zhuǎn)運(yùn)至初始位置重新投入運(yùn)行。這種方式效率較低。

（2）空中自動(dòng)返回：托架小車運(yùn)行至傳送線尾端，通過(guò)起升裝置起吊，吊裝后沿空中軌道返回至起點(diǎn)位置落下。這種方式利用了物流線的上方空間，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

（3）地下自動(dòng)返回：傳送線兩端設(shè)置托架小車升降機(jī)構(gòu)，小車由地面?zhèn)魉途€下方的傳輸機(jī)構(gòu)傳回。目前我公司車橋裝配線正是采用的這種模式。這種結(jié)構(gòu)需要開(kāi)挖很大的地坑，結(jié)構(gòu)也頗為復(fù)雜成本較高。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，我們更希望尋求一種類似傳送帶似的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)模式，將傳統(tǒng)物流小車和傳送鏈板模式相結(jié)合。我們通過(guò)緊湊性設(shè)計(jì)優(yōu)化，充分壓縮和利用地面機(jī)架一米左右的自身高度空間，既不在物流線上方增加布置機(jī)構(gòu)，也不需要大量占據(jù)地下空間，在傳送鏈立式布局基礎(chǔ)上，讓托架小車隨傳送鏈上層鏈條運(yùn)行傳送產(chǎn)品，讓托架小車隨傳送鏈的下層鏈條自動(dòng)返回。這樣整個(gè)系統(tǒng)只需要一套動(dòng)力，極大的簡(jiǎn)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)和降低建設(shè)成本。

2.2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

傳送線整體沿長(zhǎng)度方向分為右段（產(chǎn)品放入端）、中間直線運(yùn)行部分、左段（產(chǎn)品取出端）。傳送線整體又分為上下兩層，上層為托架小車運(yùn)載產(chǎn)品層，下層為空小車返回層。并相應(yīng)設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)和電氣安全控制系統(tǒng)。

2.3 傳送線支承機(jī)架設(shè)計(jì)

為便于制造和安裝，支承機(jī)架采用分段式結(jié)構(gòu)組合而成。在傳送線尾端機(jī)架內(nèi)安裝動(dòng)力驅(qū)動(dòng)總成，起始端機(jī)架內(nèi)安裝從動(dòng)鏈輪，中間的機(jī)架分為結(jié)構(gòu)完全相同的10段。機(jī)架總長(zhǎng)32000mm，寬1980mm，高935mm。在機(jī)架的上下兩個(gè)層面，沿長(zhǎng)度方向各設(shè)計(jì)兩條凹槽型水平直線軌道。兩層軌道之間高度差與驅(qū)動(dòng)鏈條回轉(zhuǎn)時(shí)上下高差匹配。

2.4 托架小車設(shè)計(jì)

托架小車需適應(yīng)全部類型的鑄鋼橋殼產(chǎn)品，根據(jù)橋殼外形相對(duì)比較一致的共同點(diǎn)，采用兩件耐熱軟質(zhì)V形鋁塊定位支承橋殼兩端軸頸部位，定位塊之間間距采用螺桿調(diào)節(jié)。托架采用雙鏈條帶動(dòng)，托架與鏈條始終鉸接在一起。在托架兩端設(shè)置支承和移動(dòng)的滾輪，形成托架小車。本小車在機(jī)架上層軌道中運(yùn)行為正常直立方向，在機(jī)架下層軌道中返回時(shí)為180°倒立狀態(tài)。如圖2我們巧妙的直接采用一組4只軸承作為滾輪，恰好能同時(shí)滿足小車在上下兩層軌道中正反兩種狀態(tài)下的移動(dòng)運(yùn)行。

圖2 橋殼托架小車

在傳送線兩端，鏈條隨著鏈輪作180°回轉(zhuǎn)。在左端產(chǎn)品取出后，與鏈條鉸接在一起的空托架小車隨著鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)地從上層軌道滑出，跟隨鏈條做回轉(zhuǎn)180°，然后小車滾輪自動(dòng)進(jìn)入下層軌道水平運(yùn)行。在右端，托架小車從下層軌道移轉(zhuǎn)至上層軌道原理也是如此，從而實(shí)現(xiàn)整體自動(dòng)循環(huán)往復(fù)。

托架小車結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2.5 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照橋殼寬度尺寸，排列間距適宜在600左右，根據(jù)傳送線長(zhǎng)度計(jì)算可均布托架小車105個(gè)，其中處于上層能裝載傳送橋殼的小車50個(gè)。鏈條采用非標(biāo)定做，基本鏈節(jié)標(biāo)準(zhǔn)選取 32A-1，節(jié)距 50.8，每 12 節(jié)制作一對(duì)與托架小車連接的安裝副板，鏈條在水平移動(dòng)時(shí)下方均安裝鏈條托軌。系統(tǒng)需鏈輪6個(gè)，包括減速機(jī)端鏈輪一個(gè)，主動(dòng)軸輸入端鏈輪1個(gè)，長(zhǎng)傳送鏈條主動(dòng)鏈輪2個(gè)，從動(dòng)鏈輪2個(gè)。理論上鏈輪直徑越小，越容易控制整體結(jié)構(gòu)高度。在節(jié)距一定時(shí)鏈輪直徑大小由齒數(shù)決定，齒數(shù)過(guò)少，多邊形效應(yīng)的影響嚴(yán)重，會(huì)加劇傳動(dòng)的不均勻性，使工作條件惡化，加速鉸鏈的磨損[2]。當(dāng)鏈速為低速時(shí)，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)大于等于17齒 ，我們?nèi)挎溳嘄X數(shù)都取最小適宜值17，鏈輪傳動(dòng)比為1，系統(tǒng)減速功能全部交由減速機(jī)實(shí)現(xiàn)。

鏈條傳動(dòng)是有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，受靜張力和動(dòng)張力[3]。鏈速 v＜0.6m/s的低速鏈傳動(dòng)一般按靜強(qiáng)度計(jì)算[4]。查鏈條標(biāo)準(zhǔn)32A鏈條的極限拉伸載荷Qmin=222400N，計(jì)算靜強(qiáng)度安全系數(shù)大于 8，滿足靜強(qiáng)度需求。傳動(dòng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)鏈速：v=產(chǎn)品單件間距/標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍=（50.8/1000）*12/5=0.122m/min。

（2）鏈輪節(jié)圓直徑=鏈條節(jié)距/sin（180°/鏈輪齒數(shù)）=50.8/ sin（180°/17）=276.46mm。

鏈輪標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 v’=標(biāo)準(zhǔn)鏈速/鏈輪節(jié)圓周長(zhǎng)=0.122*1000/（3.14*276.46）=0.14 轉(zhuǎn)/分。

（3）總載重：M=產(chǎn)品單件質(zhì)量*產(chǎn)品數(shù)量+托架單件質(zhì)量*托架數(shù)量=250*50+80*105=20900Kg。這里因負(fù)重和安全系數(shù)較大，可以忽略鏈條自身重量。

（4）電機(jī)和減速機(jī)

因需求生產(chǎn)節(jié)拍在3-7分鐘/件之間可調(diào)節(jié)，經(jīng)初步計(jì)算選用4極變頻電機(jī)，型號(hào)YVP802-4，功率0.75KW，額定轉(zhuǎn)速 1500rpm。行星擺線針輪減速機(jī)體積小、傳動(dòng)比大，效率高（η≥0.9），壽命長(zhǎng)，根據(jù)轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)矩要求選用大減速比擺線減速機(jī)，型號(hào)XWEV1.1-8215A，減速比6177，額定輸出扭矩 9420Nm[5]。這里需做速度和動(dòng)力兩方面是否滿足生產(chǎn)需要的校驗(yàn)。

速度方面，在需求快節(jié)拍時(shí)：

鏈輪轉(zhuǎn)速=電機(jī)轉(zhuǎn)速/減速比=1500/6177=0.24r/min。

鏈速=鏈輪轉(zhuǎn)速*節(jié)圓直徑=0.24*3.14*276.46/1000=0.208 m/min。

節(jié)拍時(shí)間=單件間距/鏈速=（50.8*12/1000）/0.208=2.93分鐘＜3分鐘。

變頻電機(jī)必然滿足慢節(jié)拍需求，故總的在速度方面滿足3-7分鐘節(jié)拍需求。

動(dòng)力方面：

傳送系統(tǒng)負(fù)載不變的情況下對(duì)動(dòng)力的需求與運(yùn)行速度成正比，因此需保證在最快節(jié)拍時(shí)系統(tǒng)動(dòng)力足夠。根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)模式評(píng)估系統(tǒng)綜合阻力系數(shù)約0.1。

鏈輪阻力扭矩：

T’=FR=mgKR

=20900*9.8*0.1*276.46/（2*1000）=2831.2Nm

減速機(jī)扭矩安全系數(shù) S=減速機(jī)額定扭矩/鏈輪阻力扭矩=9420/2831.2=3.3。

故減速機(jī)額定扭矩滿足動(dòng)力需求。電機(jī)額定扭矩4.7Nm，減速機(jī)減速比6177，電機(jī)動(dòng)力足夠。

可見(jiàn)，橋殼傳送系統(tǒng)雖然總重量大，但由于移動(dòng)速度緩慢，所以對(duì)電機(jī)功率需求很小，所選電機(jī)及減速機(jī)滿足傳送系統(tǒng)動(dòng)力需求，而且留有一定承載提升空間。

2.6 電氣控制與安全設(shè)計(jì)

在傳送線取件位置，設(shè)置指向橋殼的紅外線探測(cè)器，橋殼運(yùn)行至該位置時(shí)系統(tǒng)暫停。當(dāng)橋殼取出后，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行讓空的托架回轉(zhuǎn)返回，并將上層后面的橋殼移動(dòng)至該位置。另外，再在傳送線取件端面增加剛性檔件立柱，作為防止橋殼意外脫落的第二重防護(hù)。傳送線的兩端分別設(shè)置了手動(dòng)電機(jī)啟停和急?？刂瓢粹o。傳送線兩側(cè)設(shè)置隔離護(hù)欄防止人員接觸運(yùn)行中的橋殼。

3 項(xiàng)目實(shí)施和結(jié)構(gòu)注意點(diǎn)

（1）傳送線經(jīng)過(guò)具體設(shè)計(jì)實(shí)施，總體簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

（2）產(chǎn)品托架小車采用雙鏈條帶動(dòng)，需要考慮兩個(gè)鏈條差異和在實(shí)際運(yùn)行中的同步性。本系統(tǒng)在從動(dòng)端鏈輪與軸之間并未采用固定鍵連接，讓從動(dòng)鏈輪自動(dòng)適應(yīng)兩邊鏈條長(zhǎng)度差異。

圖3 傳送線總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

（3）空的托架小車在傳送線兩端回轉(zhuǎn)時(shí)，小車滾輪脫離上層軌道，懸空回轉(zhuǎn)，然后進(jìn)入到下層軌道。這一過(guò)程小車由雙鏈條定位和均衡承重，再在小車兩側(cè)的機(jī)架上各安裝一塊鋼板，進(jìn)一步限定小車在整個(gè)回轉(zhuǎn)中的位置，從而可以省略掉傳送線兩端的小車弧形導(dǎo)軌。但是要求上下層軌道高度必須與鏈條回轉(zhuǎn)運(yùn)行高度相匹配，并且由于鏈輪下方的鏈條將產(chǎn)生一定程度下墜，下層導(dǎo)軌端頭需折彎一段通過(guò)斜角擴(kuò)大開(kāi)口導(dǎo)入小車滾輪。

4 結(jié)論

（1）本傳送線實(shí)現(xiàn)公司重卡各類型鑄鋼橋殼在熱壓裝后的自動(dòng)傳送，通過(guò)橋殼專用托架小車最大同時(shí)積放橋殼50件，完全滿足公司兩臺(tái)熱壓機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）除了在傳送線左端建造一淺坑基礎(chǔ)安裝動(dòng)力總成外，總體實(shí)現(xiàn)了大型橋殼托架小車在傳送線地面機(jī)架結(jié)構(gòu)有限高度內(nèi)部自動(dòng)返回循環(huán)運(yùn)行的目標(biāo)，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化緊湊，避免了大規(guī)模的地下或空中結(jié)構(gòu)布置，降低了建設(shè)成本。

（3）傳送線建成后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，反響良好，其結(jié)構(gòu)方式實(shí)用性較好，為同類建設(shè)提供一定借鑒和經(jīng)驗(yàn)。