汽車制造中非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)

崔慶林，楊德斌

（1湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢430068；2湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430070）

"非標(biāo)設(shè)備"是指非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，不是按照國(guó)家頒布的統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格制造的設(shè)備，而是根據(jù)特殊的用途需要專門(mén)設(shè)計(jì)制造的且外觀或性能不在國(guó)家設(shè)備產(chǎn)品目錄內(nèi)的設(shè)備。某種意義上來(lái)講非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備可以定義為"因批量小或要求特殊而需要專門(mén)設(shè)計(jì)和制造的設(shè)備"。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的市場(chǎng)化程度相應(yīng)提高，它不再局限于企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)改造和配套設(shè)備的范圍，而是成為在市場(chǎng)出售的重要工業(yè)商品。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，基本上是由為數(shù)眾多的中、小型機(jī)械制造企業(yè)所承擔(dān)，這標(biāo)志著我國(guó)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備已發(fā)展到新的高度。但非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備大多是單件或小批量生產(chǎn)。在設(shè)計(jì)、制造的過(guò)程中，不可能像標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備那樣有足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和完整的制造工藝工裝，以及必要的試制、試驗(yàn)，這給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的困難。所以在進(jìn)行非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)多以積木式的設(shè)計(jì)方法，以CAD／CAE為實(shí)現(xiàn)手段，把部件根據(jù)需求當(dāng)成積木一樣去擺放，再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，以減少成本和出錯(cuò)率［1］。

現(xiàn)以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線為例對(duì)汽車制造裝備中的非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)思路和方法進(jìn)行探討。

1 明確設(shè)計(jì)目的

1.1 沒(méi)有應(yīng)用該設(shè)備前的生產(chǎn)狀況

發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線5個(gè)安裝工位，每個(gè)工位在發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)站一個(gè)操作工，發(fā)動(dòng)機(jī)由專用夾具懸掛于主生產(chǎn)線上，距離地面約700 mm。每個(gè)工人身后放置一個(gè)物料箱用于盛放裝配零件，由2名工人專門(mén)開(kāi)叉車負(fù)責(zé)裝配零件的供給。由于生產(chǎn)線采用不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)混裝的形式，工人要記住每種發(fā)動(dòng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的零件型號(hào)，如果把零件裝錯(cuò)，會(huì)影響整車出廠甚至造成嚴(yán)重?fù)p失［2］。

1.2 設(shè)備要完成的動(dòng)作要求

設(shè)計(jì)一套設(shè)備，省去工人身后的物料箱和專人的物料配送，改成物料隨生產(chǎn)線一起運(yùn)動(dòng)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)一套物料的上線機(jī)構(gòu)和下線機(jī)構(gòu)。

2 設(shè)備的具體設(shè)計(jì)

2.1 上線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1.1 上線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的確定 根據(jù)工作任務(wù)設(shè)計(jì)設(shè)備的動(dòng)作方案如下：AGV牽引3輛物料車來(lái)到等待區(qū)→AGV脫鉤離開(kāi)→上料氣缸推著第一輛物料車前進(jìn)→脫鉤裝置使第一輛車和第二輛車分離→第一輛車被推上移動(dòng)平臺(tái)→牽引桿升起裝置把物料車的牽引桿升起→移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到上線位置→推料氣缸將物料車推下平臺(tái)→待裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)物料車一起前進(jìn)。如此往復(fù)。上線機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.1.2 移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì) 根據(jù)上線機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案，用積木式的設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行總體設(shè)計(jì)后再拆分各個(gè)機(jī)構(gòu)。由于上線機(jī)構(gòu)輔助機(jī)構(gòu)比較多，下面只說(shuō)明上線機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部分。在整個(gè)上線機(jī)構(gòu)中移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。移動(dòng)平臺(tái)的主要作用是把物料車平移到生產(chǎn)線的指定位置，以便于待裝發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)物料車前進(jìn)。移動(dòng)平臺(tái)由以下幾個(gè)部分組成：

1）移動(dòng)平臺(tái)本體，用于承載物料車和其他輔助機(jī)構(gòu)；

2）氣動(dòng)馬達(dá)，用于給移動(dòng)平臺(tái)提供動(dòng)力，其中在氣動(dòng)馬達(dá)選型的時(shí)候要注意功率、扭矩、轉(zhuǎn)速這三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的選擇；

3）移動(dòng)平臺(tái)行走輪，行走輪安裝于平臺(tái)底部由氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)；

圖1 上線機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

4）推料下平臺(tái)氣缸，該裝置用于平臺(tái)到達(dá)指定工位后推動(dòng)物料車走下移動(dòng)平臺(tái)到指定位置；

在清楚了移動(dòng)平臺(tái)的組成后根據(jù)積木式的設(shè)計(jì)方法將這些部件一一組裝到平臺(tái)本體上，以完成移動(dòng)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì).移動(dòng)平臺(tái)的方案見(jiàn)圖2。

圖2 移動(dòng)平臺(tái)

2.2 下線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.2.1 運(yùn)動(dòng)方案的確定 和上線機(jī)構(gòu)不同，由于場(chǎng)地空間的限制，下線機(jī)構(gòu)不能采用直線式的移動(dòng)平臺(tái)，并且物料車要在下線位置旋轉(zhuǎn)1800以便AGV牽引回集配區(qū)。根據(jù)工作任務(wù)設(shè)計(jì)設(shè)備的動(dòng)作方案如下：物料車到達(dá)下線位置后推車上轉(zhuǎn)臺(tái)氣缸推動(dòng)物料車上旋轉(zhuǎn)臺(tái)→旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)1800→牽引桿放下氣缸把牽引桿放下→推車下平臺(tái)氣缸把物料車推下平臺(tái)到等待區(qū)→依次動(dòng)作直到第三輛物料車到達(dá)等待區(qū)由AGV牽引回集配區(qū)。方案圖確定后各個(gè)機(jī)構(gòu)將按照方案圖的布置進(jìn)行積木式擺放。下線機(jī)構(gòu)的方案見(jiàn)圖3。

圖3 下線機(jī)構(gòu)

2.2.2 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì) 由于下線機(jī)構(gòu)中讓物料車旋轉(zhuǎn)1800進(jìn)入等待區(qū)是關(guān)鍵，所以在此只介紹旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的方案見(jiàn)圖4。

圖4 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)

旋轉(zhuǎn)平臺(tái)依然采用氣動(dòng)馬達(dá)作為動(dòng)力，需要指出的是：氣動(dòng)馬達(dá)的安放位置與移動(dòng)平臺(tái)不同，為了旋轉(zhuǎn)時(shí)不至于卡死，氣動(dòng)馬達(dá)的中心要與以軸承座為中心的圓的半徑重合。

3 總結(jié)

非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造，受制約的因素多，設(shè)計(jì)難度大，要一次設(shè)計(jì)、制造成功并能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作考驗(yàn)十分不易，要求完美無(wú)缺就更困難。在非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)現(xiàn)有的條件及新的工藝要求擬定快速便捷可靠的結(jié)構(gòu)方案。在以上案例中，采用積木式設(shè)計(jì)方法，先對(duì)設(shè)備進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)將各個(gè)機(jī)構(gòu)像搭積木一樣地拼裝到方案圖中以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動(dòng)作要求。

［1］趙 建.如何做好非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2013（04）：293.

［2］王 玥，張 永，毛海軍.汽車生產(chǎn)線物流仿真研究［J］.物流技術(shù)，2009，28（01）：127－129.

［3］李富成.旋轉(zhuǎn)雙葉片氣動(dòng)馬達(dá)主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，1997（03）：14.