多工位汽車座墊發(fā)泡生產(chǎn)線氣動系統(tǒng)的設(shè)計

陳紅鋒

（武漢中輕機械有限責任公司，武漢 430056）

1 引言

加入WTO后的中國現(xiàn)代制造業(yè)，正在迎來工業(yè)自動化發(fā)展的勃勃生機。現(xiàn)代氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合為大規(guī)模工業(yè)自動化生產(chǎn)線提供了更多的技術(shù)選擇與應(yīng)用平臺。以汽車制造業(yè)為例，焊裝生產(chǎn)線、夾具、輸送設(shè)備、組裝線、涂裝線、發(fā)動機、輪胎及汽車內(nèi)飾生產(chǎn)線上，氣動技術(shù)無所不在，大顯身手。氣動是以空壓機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，能實現(xiàn)各種生產(chǎn)的自動控制，是一種低成本自動化技術(shù)。

多工位座墊發(fā)泡環(huán)形生產(chǎn)線屬于輕工機械行業(yè)，為聚氨酯高壓發(fā)泡的機械設(shè)備。主要用來生產(chǎn)轎車及高級客車的座墊，能適應(yīng)各種車型不同的座墊模具，實現(xiàn)各種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體，是機電一體化產(chǎn)品，自動化程度高，通過互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，診斷故障并修復(fù)程序故障。

多工位座墊發(fā)泡生產(chǎn)線根據(jù)用戶產(chǎn)量與場地要求可分為16工位、20工位、24工位、26工位、30工位、38工位、50工位等。

圖1 ZL1738座墊發(fā)泡生產(chǎn)線平面圖

多工位環(huán)形輸送線在伺服電機的驅(qū)動下，經(jīng)過鏈輪鏈條傳動，搭載數(shù)十輛模具臺車，以10s/臺車的速度連續(xù)運行，滿足汽車座墊的發(fā)泡生產(chǎn)要求。環(huán)形輸送線主要由原料注射系統(tǒng)、環(huán)形輸送線、模具臺車和破泡裝置等部分組成。環(huán)形輸送線的輸送鏈條牽引搭載多臺模具臺車，在運動中經(jīng)過傾斜、模具臺車排氣脫模、開蓋、取制品、清理模具、噴脫模劑、注射、合蓋、充氣鎖模，完成汽車座墊的發(fā)泡生產(chǎn)（如圖1）。多工位座墊發(fā)泡生產(chǎn)線的氣動控制系統(tǒng)是整個生產(chǎn)線的重要部分。氣動系統(tǒng)控制的動作包括：輸送鏈條的張緊、開蓋安全檢測動作、臺車的空氣供給動作、模具的鎖模動作及模具中子的動作。

2 多工位座墊發(fā)泡生產(chǎn)線氣動系統(tǒng)的組成

以武漢某公司38工位座墊發(fā)泡生產(chǎn)線的氣動控制系統(tǒng)說明如下：ZL1738汽車座墊發(fā)泡生產(chǎn)線的氣動系統(tǒng)原理如圖2所示，該氣動系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要由4部分組成：輸送鏈條的張緊及檢測回路、開蓋安全檢測回路、臺車的空氣供給回路、臺車的動作回路。

圖2 氣動系統(tǒng)工作原理圖

空氣品質(zhì)不良是氣動系統(tǒng)出現(xiàn)故障的主要因素，它會使氣動系統(tǒng)的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失會大大超過氣源處理裝置的成本和維護費用。因此氣動系統(tǒng)的每個回路都設(shè)計了氣源處理元件，以保證氣源的潔凈穩(wěn)定，延長氣動元件的使用壽命。所有回路都應(yīng)用了殘壓釋放閥，在系統(tǒng)維修時，釋放殘壓保證維修安全。

該系統(tǒng)中主要元件采用進口元件，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3 氣動系統(tǒng)工作原理

3.1 輸送鏈條的張緊及檢測回路

以往的生產(chǎn)線鏈條張緊的常規(guī)設(shè)計是用螺桿頂緊從動邊，定期調(diào)整螺桿預(yù)緊鏈條。此方式用于連續(xù)自動化生產(chǎn)線影響了產(chǎn)能，需要經(jīng)常停機檢修，張緊鏈條。也有的設(shè)備采用液壓缸來張緊鏈條，但壓力控制較復(fù)雜且存在漏油隱患，成本也很高，不經(jīng)濟。此生產(chǎn)線設(shè)計采用氣缸直接推動從動鏈輪方式對鏈條施加張力，隨時對鏈條預(yù)緊，使鏈條始終保持較好的工作狀態(tài)。在氣缸回路上安裝壓力開關(guān)，將其設(shè)定為未達到設(shè)定壓力時生產(chǎn)線報警，同時設(shè)計2個位置接近開關(guān)，實現(xiàn)氣-電信號轉(zhuǎn)換，張力過大時報警停線，以免損壞設(shè)備。

3.2 開蓋安全檢測回路

生產(chǎn)線的開蓋動作由異面空間軌道完成。軌道初始部位設(shè)計活動鉸鏈結(jié)構(gòu)，活動組件用帶磁性開關(guān)的氣缸支撐（如圖3），當臺車氣囊內(nèi)壓縮空氣未排出而模具未脫模時，超負荷力使氣缸縮回，氣缸上的磁性開關(guān)感應(yīng)，發(fā)出報警信號使生產(chǎn)線停車以免拉壞軌道。以往的生產(chǎn)線沒有此裝置，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出故障，臺車上蓋鎖鉤沒完全打開就進入開蓋軌道，對軌道造成嚴重損壞，修復(fù)時間較長，影響生產(chǎn)，經(jīng)濟損失嚴重。此裝置使用后，若臺車上蓋鎖鉤沒完全打開就進入開蓋軌道，氣缸被壓，活塞桿退回，磁性開關(guān)反應(yīng)并發(fā)出報警信號，操作人員可立即處理故障，隨即恢復(fù)生產(chǎn)。

3.3 臺車的空氣供給回路

圖3 開蓋軌道初始部位簡圖

座椅發(fā)泡生產(chǎn)線中，模具臺車的動作是關(guān)鍵，它關(guān)系到制品質(zhì)量和整條線的生產(chǎn)效率，而模具臺車又是在連續(xù)地作環(huán)形運行，因此模具臺車的動作靠氣動控制最安全可靠。如何將壓縮空氣送上運行的臺車？有的生產(chǎn)線上配備幾臺空壓機安裝在臺車上跟著一起走，它的缺點是需要安裝環(huán)型供電滑觸線和臺車與臺車間的連接管束，這樣使生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)復(fù)雜并增加故障點。還有的生產(chǎn)線應(yīng)用了一套始終供氣裝置：就是利用旋轉(zhuǎn)接頭將氣源引入生產(chǎn)線，空氣管道隨生產(chǎn)線一起運動，此方法用于非軌道開合蓋的生產(chǎn)線較多，如用于軌道開合蓋生產(chǎn)線就不行，因為空氣管路會與開合蓋軌道發(fā)生干涉。此生產(chǎn)線設(shè)計了一個專門的供氣小車給臺車供氣，其動作原理（見圖2）是牽引氣缸7在電磁閥8的控制下處于伸出狀態(tài)→臺車運行至此掛住牽引板（供氣小車隨臺車同步運行）→到供氣位置電磁閥9動作控制供氣嘴氣缸10伸出與臺車受氣嘴耦合→電磁閥5、6得電向臺車供氣→到供氣結(jié)束位置→電磁閥8、9換向供氣嘴氣缸縮回，牽引氣缸縮回→電磁閥11動作，小車回程氣缸將供氣小車送回初始位置→電磁閥8動作牽引氣缸伸出等待下一個臺車。

系統(tǒng)設(shè)計了壓力控制回路：一是控制氣源壓力，避免出現(xiàn)過高壓力，導(dǎo)致配管及元件損壞，確保氣動系統(tǒng)的安全；二是控制使用壓力，給元件提供必要的工作條件，保持元件的性能和氣動回路的功能，控制執(zhí)行元件所要求的輸出力和運動速度。

在充氣小車到位處設(shè)計了一個液壓緩沖器12，用來吸收沖擊能量，并能降低小車機械撞擊噪聲。吸收小車運動動能，限制小車的移動位置，從而提高勞動生產(chǎn)率，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境。

3.4 臺車的動作回路

臺車的動作回路包括鎖模動作及模具中子動作的回路。鎖模動作為氣囊14充氣鎖模，氣囊排氣則脫模，系統(tǒng)設(shè)計了設(shè)定壓力為0.6MPa的安全閥，保證系統(tǒng)壓力安全。模具動作的回路為全氣控動作（見圖2），模具有2個中子氣缸，因此，回路中設(shè)計了2個7L儲氣罐各給一個氣缸提供氣源，當中子氣缸需要動作時，生產(chǎn)線上相應(yīng)的機械撞塊觸碰機控閥18、23，氣控閥19、21工作，中子氣缸伸出或縮回，完成全部動作。

4 結(jié)語

氣壓傳動以其潔凈、小型輕量化、集成化等突出優(yōu)點，作為易于推廣、普及的機電一體化技術(shù)的代表，廣泛應(yīng)用于機械、化工、電子、輕工、汽車等現(xiàn)代制造領(lǐng)域。

實踐證明在多工位汽車座椅發(fā)泡生產(chǎn)線中，此氣動控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)簡單，降低了生產(chǎn)線的設(shè)計制造和使用成本，性能可靠，維護方便。實現(xiàn)了機電一體化控制，達到了國際先進水平。減少了能耗，獲得了良好的經(jīng)濟效益。

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