摘 ?要：本文主要介紹了商用車輪胎裝配機械臂的設計及應用，通過機械臂的人機交互模式，采用氣動平衡控制系統(tǒng)、自動隨行技術(shù)及電動夾鉗等技術(shù)，解決了輪胎裝配過程中的問題，提升了輪胎裝配效率和汽車裝配線的自動化水平，具有推廣價值。

關(guān)鍵詞：機械臂;氣動平衡;電動夾鉗;自動隨行

中圖分類號：U463.34 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2022）02-0029-04

Structure Introduction And Application Of Tire Assembly

Manipulator For Commercial Vehicle

LI Bi-dong

（Dongfeng Commercial Vehicles Co.， LTD vehicle factory， Shiyan 442000， China）

Abstract： Commercial vehicle tire assembly is mainly introduced in this paper the design and application of mechanical arm， through the mechanical arm of the man-machine interaction pattern， using pneumatic balance control system， automatic accompanying technology and electric technology， such as clamp solves the problems in the process of tire assembly， improve the efficiency of tire assembly and automobile assembly line level of automation， the value for popularization.

Key Words： Mechanical Arm; ?Pneumatic Balance; ?Electric Clamp; ?Automatic Accompanying

1 ? ?背景

輪胎是在各種車輛或機械上裝配的接地滾動的圓環(huán)形彈性橡膠制品。通常安裝在金屬輪輞上，能支承車身，緩沖外界沖擊，實現(xiàn)與路面的接觸并保證車輛的行駛性能。

商用車輪胎裝配：人工通過手拉天車用簡易吊具把輪胎從輪胎輸送線下料點吊運輪胎上裝配線裝配，輪胎裝配作業(yè)主要是輪胎安裝孔與輪轂的長螺栓對穿（一般對穿螺栓為6～10個螺栓），然后輪胎與輪轂貼合安裝。見圖1：

輪胎裝配作業(yè)中存在以下幾點問題：

1.1 ?手拉天車吊運輪胎，輪胎晃動大，運動精度低，輪胎對輪轂作業(yè)磕碰嚴重，造成輪胎、輪轂表面油漆劃傷質(zhì)量缺陷。

1.2 ?輪胎對輪轂困難，輪胎吊運晃動大，作業(yè)強度大。

1.3 ?輪胎對輪轂作業(yè)需要把輪胎孔安裝至車輪轂的螺栓上，由于輪胎吊運晃動大及吊運的輪胎不能隨意旋轉(zhuǎn)，輪胎裝配作業(yè)輪胎的螺栓孔與輪轂長螺栓對穿作業(yè)困難。見圖2：

1.4 ?輪胎與輪轂貼合度不好，使輪胎螺栓擰緊力矩失真，造成汽車輪胎在行駛中輪胎跑掉現(xiàn)象，危險性大。

2 ? ?輪胎裝配機械臂設計實施

商用車輪胎外形尺寸范圍∮780mm×260mm ～∮1260mm×400mm，重量不大于300kg。

輪胎裝配工藝流程：從輪胎輸送線上拿取汽車輪胎，然后把輪胎移至汽車裝配線與汽車輪轂進行裝配。

輪胎裝配機械臂的組成和結(jié)構(gòu)

設計一個機械臂，機械臂采用人機交互使用模式，機械臂由本體、輪胎電動夾鉗、縱向行走裝置、氣動平衡控制系統(tǒng)、自動隨行系統(tǒng)組成，采用懸掛移動式安裝結(jié)構(gòu)，懸掛系統(tǒng)可沿汽車裝配線長度方向來回自動移動。見圖3：

工作原理：

人工手持機械臂打開電動夾鉗從輪胎輸送線下料點夾持輪胎，夾持好輪胎運送至輪胎裝配工位處，然后開啟自動隨行功能，保持機械臂與裝配線自行同步隨行模式進行輪胎裝配作業(yè)，然后調(diào)整氣動平衡系統(tǒng)實現(xiàn)輪胎與輪轂貼合，然后使用夾鉗旋轉(zhuǎn)輪胎，實現(xiàn)輪胎安裝孔與汽車輪轂螺栓對穿，最后松開夾鉗，機械臂自動歸位至輪胎取料位置。

2.1 ? 本體

本體由硬臂、關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸、平行四連桿臂、工藝臂、調(diào)整臂組成， 本體上端與縱向行走裝置連接，下端與輪胎電動夾鉗連接，可實現(xiàn)輪胎裝配過程需要的上下移動和旋轉(zhuǎn)運動。

機械臂本體為硬臂旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)型式，由兩個關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸組成，可旋轉(zhuǎn)360℃，并任意角度可調(diào)。平行四連桿臂為平行四連桿結(jié)構(gòu)，通過平衡氣缸的作用實現(xiàn)機械手的上下升降，工藝臂通過回轉(zhuǎn)連通與調(diào)整臂末端連接，下端通過法蘭盤與電動夾鉗相連接，剛性手臂可使機械臂帶輪胎越過障礙，滿足輪胎裝配作業(yè)。

2.2 ? ?輪胎電動夾鉗

輪胎電動夾鉗有鉗體、夾持裝置、電動旋轉(zhuǎn)裝置三部分組成，夾持裝置夾持輪胎，通過旋轉(zhuǎn)裝置使夾持的輪胎隨意旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了輪胎孔與汽車輪胎螺栓快速對穿。見圖4：

2.2.1 夾持裝置

采用氣動夾持輪胎，由氣缸和鉗爪組成。

夾鉗設計：根據(jù)輪胎的尺寸和重量，設計夾鉗

夾持范圍∮780mm×260mm～∮1260mm ×400mm輪胎夾持，采用直徑60氣缸，行程600mm。

夾持力F夾=氣壓×缸徑=187Kgf>輪胎歪斜傾倒力F傾 最大150Kgf。

2.2.2 電動旋轉(zhuǎn)裝置

由電機減速器、電控、鉗爪、傳動系統(tǒng)組成，采用電機驅(qū)動，能360度旋轉(zhuǎn)，即控即停。

電動旋轉(zhuǎn)裝置設計：其負載按照單個輪胎重量（系數(shù)f=1.5倍）240kg計算選型電機減速器：

驅(qū)動功率P=T×n/9550=0.113Kw

根據(jù)計算結(jié)果對照SEW減速器規(guī)格型號選用0.12Kw電機減速器可滿足設計要求。

2.3 ? 縱向行走裝置

縱向行走裝置由驅(qū)動電機減速器、摩擦輪、軌道、壓緊裝置組成。機械臂行走時，接到信號壓緊裝置壓住電機減速器上的摩擦輪與軌道接觸進行移動，到位后壓緊裝置松開，摩擦輪與軌道脫開，機械臂運動停止。

2.4 ? 氣動平衡控制系統(tǒng)

氣動平衡控制系統(tǒng)：具有全行程自動“漂浮”功能，可實現(xiàn)不同重量物料的重力平衡狀態(tài)，適用于物料的精確移載操作，空載、滿載及處理不同工件時，系統(tǒng)可感知其重量變化，并實現(xiàn)載荷在三維空間中的浮動狀態(tài)，便于精確定位，全程平衡便捷地實現(xiàn)工件的搬運、定位、裝配等操作。

氣動平衡控制系統(tǒng)設計：

負載設計：根據(jù)輪胎的重量和機械臂本體自重，合計重量600kg。

工廠條件：供氣氣壓6～7kgf/cm2，氣缸選型：缸徑D，行程L。

F=S氣缸面積×f供氣壓力 根據(jù)負載計算得出氣缸缸徑D=106mm

根據(jù)氣缸規(guī)格選用缸徑D120mm氣缸，行程L400mm滿足負載。

氣路平衡系統(tǒng)設計：采用氣動平衡閥、換向閥、邏輯閥、壓力調(diào)節(jié)閥等組成平衡系統(tǒng)，空載、滿載及處理不同工件時，系統(tǒng)可感知其重量變化，并實現(xiàn)載荷在三維空間中的浮動狀態(tài)，自動“漂浮”功能，保證機械臂在空間任意位置平衡靜態(tài)。見圖5：

2.5 ? 自動隨行系統(tǒng)

自動隨行系統(tǒng)主要使機械臂工作時移動速度與裝配線主線運行速度保持同步，分別由各自PLC+變頻器控制機械臂和裝配線的運行速度，兩者之間通過4G無線通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)、程序互控。見圖6：

該隨行系統(tǒng)控制方式以裝配線主線運行速度為主，機械臂通過4G無線通訊技術(shù)采集裝配線主線運行速度（并有線速校準系數(shù)），然后機械臂PLC讀取裝配線主線運行數(shù)據(jù)，同步控制機械臂運行速度，當PLC計數(shù)差超過2圈（位移差為0.1m）時，機械臂便自動提高或降低自身速度對裝配線主線位移差進行補償，同時在控制柜主頻上顯示機械臂和裝配主線的瞬時速度。見圖7：

3 ? ?實施后的效果

汽車輪胎機械臂的設計應用，消除了輪胎在裝配中的晃動，通過氣動平衡控制系統(tǒng)、自動隨行技術(shù)及輪胎電動夾鉗的應用，實現(xiàn)了輪胎精確走位，解決了輪胎裝配作業(yè)輪胎的螺栓孔與輪轂長螺栓對穿困難作業(yè)和輪胎對輪轂作業(yè)磕碰問題，減少了汽車行駛中輪胎跑掉的現(xiàn)象，提升了汽車產(chǎn)品質(zhì)量，輪胎部位的車次賠償率下降了34%，降低了員工作業(yè)強度，輪胎裝配效率提升了41%，同時使汽車裝配線的自動化程度也得到了提升。見圖8：

4 ? ?結(jié)束語

通過輪胎機械臂的設計應用，代替了人工輪胎裝配作業(yè)，操作簡便，裝配快捷、定位準確，大幅減輕了員工的作業(yè)強度，提升了汽車裝配效率。隨著汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，汽車裝配線自動化程度越來越高，機械臂的應用越來越廣泛。

參考文獻：

[1]陶湘廳，袁銳波.氣動機械手的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景.2007-05-16 .

[2]王積偉，章宏甲.液壓與氣壓傳動.第二版.機械工業(yè)出版社.2005.

[3]明仁雄，等. 液壓與氣壓傳動[M]. 國防工業(yè)出版社，2003.

[4]陸鑫盛，周洪.氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設計[M]. 上?？茖W技術(shù)文獻出李允文.

[5]工業(yè)機械手設計[M].北京.機械工業(yè)出版社.1996.

[6]肖立軍，米學寧，石雷等.氣動平衡助力機械手的原理及應用[J].制造業(yè)自動化20113.

李必冬

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學院，學士學位，現(xiàn)就職于東風商用車有限公司車輛工廠，任技術(shù)主任工程師，高級工程師，已發(fā)表論文7篇，主要研究方向：混流、柔性汽車裝配線的發(fā)展趨勢及應用。

專家推薦語

王銀明

東風設計研究院工藝院院長

研究員級高級工程師

論文主要論述裝配機械臂作為典型裝配助力機械，技術(shù)是成熟的，但在“自動隨行系統(tǒng)”設計中運用4G網(wǎng)絡技術(shù)跟蹤主線運行速度達到同步運行，有一定的創(chuàng)新意義。本論文條理較為清晰，對于提升商用車輪胎裝配質(zhì)量、提高裝配效率、改善人機工程均有較大幫助，有較好的使用價值。