總裝車間寬板輸送線設(shè)計(jì)

李彬，王迎斌，岳小兵

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

總裝車間寬板輸送線設(shè)計(jì)

李彬，王迎斌，岳小兵

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章主要結(jié)合蒙城項(xiàng)目OK線寬板鏈輸送線自主非標(biāo)設(shè)計(jì)來闡述整個(gè)寬板輸送線的非標(biāo)設(shè)計(jì)詳細(xì)流程、電機(jī)減速機(jī)選型校核及其他主要組成部件受力強(qiáng)度的安全校核等內(nèi)容，有利于提高總裝裝配人員的非標(biāo)設(shè)計(jì)能力、節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

寬板鏈輸送線；設(shè)計(jì)流程；校核；設(shè)計(jì)能力

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.014

CLC NO.:U468.4 Document Code:A Article ID:1671-7988(2016)01-40-05

引言

寬板鏈輸送設(shè)備因?yàn)槠溥m用性強(qiáng)，造價(jià)相對(duì)于其他輸送設(shè)備便宜，目前在江淮汽車乘用車總裝車間，如江淮瑞風(fēng)總裝車間，轎車總裝車間二線的內(nèi)飾裝配線、OK線等線體輸送設(shè)備大部分都采用的是寬板鏈輸送設(shè)備進(jìn)行輸送，寬板鏈輸送設(shè)備目前已然成為了江淮汽車總裝車間輸送主流設(shè)備，由于總裝工藝人員非標(biāo)設(shè)計(jì)能力不足，前期寬板鏈非標(biāo)輸送設(shè)備主要是通過由專業(yè)設(shè)計(jì)院來完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及計(jì)算校核，每新建一條寬板鏈都給設(shè)計(jì)院支付10%設(shè)備總價(jià)值的設(shè)計(jì)費(fèi)，因此為了節(jié)約此部分非標(biāo)設(shè)計(jì)成本，我們對(duì)寬板鏈非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)及計(jì)算校核自主研究工作開展已勢在必行。

1、寬板鏈輸送設(shè)備組成結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)流程

1.1 概述

下面就以江淮汽車蒙城工廠建設(shè)項(xiàng)目為設(shè)計(jì)來源，論述蒙城工廠OK線寬板鏈輸送設(shè)備設(shè)計(jì)流程及計(jì)算校核，蒙城工廠建設(shè)微客設(shè)計(jì)綱領(lǐng)為：雙班16個(gè)小時(shí)，250天，10萬產(chǎn)能；根據(jù)前期工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃，蒙城工廠需建設(shè)2條OK線來滿足節(jié)拍需求，此次兩條OK線都設(shè)計(jì)為寬板鏈輸送設(shè)備。

1.2 寬板鏈結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)流程

1.2.1 寬板鏈結(jié)構(gòu)組成簡介

板鏈輸送機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、頭輪總成、機(jī)架及軌道總成、鏈板裝置、張緊裝置和蓋板系統(tǒng)等組成。

驅(qū)動(dòng)裝置是板鏈輸送系統(tǒng)的動(dòng)力來源，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座、驅(qū)動(dòng)鏈條、驅(qū)動(dòng)小鏈輪等部件組成。

頭輪總成主要由頭輪機(jī)架、驅(qū)動(dòng)軸、牽引鏈輪、軸承、軸承座、剪切銷等部件組成。

機(jī)架及軌道總成由中間片架、上層承重軌道、下層返回軌道、軌道壓板等組成。

鏈板裝置由臺(tái)面板總成、牽引鏈條、承重輪、臺(tái)面板上方支撐機(jī)構(gòu)組成。

張緊裝置由張緊機(jī)架、張緊軸、張緊機(jī)構(gòu)、張緊鏈輪組成。

蓋板系統(tǒng)分為頭輪蓋板、線邊蓋板、尾輪蓋板三部分。

1.2.2 寬板鏈總體結(jié)構(gòu)外形

如下圖1所示：上方的圖示為寬板鏈總體結(jié)構(gòu)正視圖，下方為俯視圖，全圖即為此次主要設(shè)計(jì)的寬板鏈總體結(jié)構(gòu)外形圖。

圖1 寬板鏈總體結(jié)構(gòu)外形圖

1.2.3 寬板鏈設(shè)計(jì)流程梳理

1.2.3.1 設(shè)計(jì)流程：設(shè)計(jì)輸入、確認(rèn)牽引鏈條節(jié)距、確認(rèn)鏈輪齒數(shù)、確定鏈輪中心距、確定面板規(guī)格形式、輸送鏈條、承重輪選型、確定驅(qū)動(dòng)架形式、確認(rèn)張緊架形式、確定張緊形式行程、驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率校核計(jì)算、驅(qū)動(dòng)鏈條型號(hào)選擇，在完成了相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算校核后，我們就可以按照上面選取的材料結(jié)構(gòu)，繪制寬板鏈非標(biāo)設(shè)計(jì)總圖及分模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖紙，來完成寬板鏈的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

1.3 寬板鏈輸送設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算

1.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)輸入

（1）生產(chǎn)車型

蒙城項(xiàng)目微客，產(chǎn)品代號(hào)SMPV，整車長寬高為4645mm ×1740mm×1860mm，軸距2810mm，前輪距1500mm，后輪距1465mm，整車整備重量1750kg。

（2）生產(chǎn)任務(wù)

完成SMPV整車上調(diào)試線前車輛間隙面差調(diào)整及部份功能件的檢查等工作。

（3）生產(chǎn)綱領(lǐng)

雙班/8小時(shí)，每班/250天，每年 10萬產(chǎn)能(25JPH)，考慮設(shè)備開動(dòng)率90%，滿足10萬所需要的節(jié)拍為144× 0.9=129.6S。

1.4 寬板鏈輸送線設(shè)計(jì)計(jì)算

1.4.1 線體運(yùn)行傳動(dòng)示意圖

下圖2即為寬板鏈線體運(yùn)行的傳動(dòng)示意圖，下文對(duì)圖中所表示的傳動(dòng)受力有詳細(xì)的計(jì)算說明。

圖2 傳動(dòng)示意圖

1.4.2 寬板鏈初始參數(shù)確定

（1）工位間距及寬度

根據(jù)整車長寬高為4645mm×1740mm×1860mm，再留取適當(dāng)?shù)牟僮骺臻g，我們選取工位間距為6000mm，線體寬度為3000mm。

（2）線體運(yùn)行速度

從上設(shè)計(jì)參數(shù)已知生產(chǎn)節(jié)拍為129.6s，此時(shí)設(shè)備運(yùn)行速度為6m×60s/129.6s=2.78m/min，由于設(shè)計(jì)了2條OK線，則單條線的輸送速度只需2.78m/min/2=1.39m/min，前后取50%余量，即所選板鏈的輸送速度為0.7-2.09m/min。

（3）線體中心距

根據(jù)流程說明，我們選取此處的板鏈輸送鏈條節(jié)距P為250mm，鏈輪齒數(shù)Z為8，線體中心距，即鏈輪中心距用A表示，工位間距為6000mm，用TK表示，根據(jù)公式Amin= {（2n+1）×Tk-P×Z}/2，我們能計(jì)算出Amin={（2×12+1）×6000-250×8}/2=74000mm在允許的范圍內(nèi)，為了方便設(shè)計(jì)選取板鏈數(shù)，我們選取線體中心距為75000mm，則可以計(jì)算出輸送鏈條總長度為：L=2（2A+P×Z）/1000=304m，含鏈板數(shù)量為：n=L/2/250=608塊。

2、牽引力計(jì)算及鏈條選型校核

2.1 整車總重量G1

整車整備重量為1750，取一定余量即取2000kg，共12個(gè)工位，因此整車總重量G1=2000×12=24000kg。

2.2 鏈條總重量G2

滿足線體輸送需兩條鏈條，兩條鏈條由上可知總長為304m，單條長度為152m，我們初選鏈條型號(hào)M224-F-250,通過查詢我們可知此型號(hào)鏈條每米重25kg，則鏈條總重量G2=304×25=7600kg。

2.3 面板總重量G3

此次設(shè)計(jì)采用的輸送鏈板形式：臺(tái)面板采用箱式結(jié)構(gòu)，面板為5mm厚花紋板，下部為3mm厚內(nèi)卷邊槽型鋼，連接方式為焊接，尺寸：247*3000*5，下層參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6723內(nèi)卷邊槽型鋼尺寸：225×40×15×3-L2840；面板內(nèi)加焊6組5mm厚加強(qiáng)立筋，兩端面采用50*36*3*195L冷彎角鋼拼焊，面板下端增加2組承重輪。其截面圖如圖3。

圖3 面板截面圖

根據(jù)圖示能計(jì)算出面板截面積約為2255mm^2，已知面板長度為3000mm，密度為7850kg/m^3，由此得單塊面板重量2250×3000×7850/1000000=53.11kg，再加面板下端兩組承重輪的重量約20kg，再附加一些螺栓及焊接件，因此取g3=80kg，由上可知共由608塊面板，則面板總重量G3=608 ×80=48640kg。

2.4 操作人員總重量G4

由于有12個(gè)工位，工位密度取2，最多時(shí)一共24個(gè)操作人員在板鏈上作業(yè)，單個(gè)操作人員取重為75kg，因此操作人員總重量G4=24×75=1800kg。

2.5 牽引力計(jì)算及初選鏈條校核

張力F張=G1+G2+G3+G4+F初張=24000+7600+48640+ 1800+200=82240kgf；

滾動(dòng)摩擦系數(shù)f為0.05，則牽引力F=F張×f=82240× 0.05=4302kgf，單根鏈條牽引力為F/2=2151kgf；

初選鏈條M224-F-250的鏈條查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知其破斷拉力為Q=22400kgf，則鏈條安全系數(shù)S=Q/F=22400/2151 =10.4，經(jīng)過校核初選鏈條滿足安全要求。

2.6 初算驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率

已知輸送線要求的速度范圍為0.7-2.09m/min，則Vmav =2.09m/min，牽引力F=4302kgf，根據(jù)公式初算電機(jī)功率p=F ×10×V/60/0.85/1000=4302×10×2.09/60/0.85/1000= 1.76kw，按電機(jī)選項(xiàng)手冊(cè)上可以選擇的電機(jī)功率范圍，我們先選取電機(jī)功率P為3kw，則電機(jī)功率安全系數(shù)S=P/p=3/1.76=1.7，S只要大于1.2就滿足要求。

2.7 驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭力距計(jì)算

按圖6傳動(dòng)示意圖，輸送鏈輪節(jié)距P=250mm，Z=8；

可計(jì)算出輸送鏈輪分度圓直徑：

d3=P/SIN(180/Z)=653.28mm

驅(qū)動(dòng)軸扭矩：

Mn2=Mn3=F×d3/2/1000=4302×653.28/2/1000=1405.21 kgm

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，設(shè)計(jì)選取主軸輸入鏈輪齒數(shù)z2=37,主軸輸入鏈輪節(jié)距p2=50.8mm，電機(jī)減速機(jī)輸出鏈輪齒數(shù)z1=17，電機(jī)減速機(jī)輸出鏈輪節(jié)距p1=50.8mm，則可計(jì)算出：

主軸輸入鏈輪分度圓直徑：

d2=p2/(sin(3.14/z2)=599.01mm

電機(jī)減速機(jī)輸出鏈輪直徑：

d1=p1/(sin(3.14/z1)=276.46mm

由上我們可以計(jì)算出最小驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭力距：

Mn1=Mn2*d1/d2=648.55kgm

2.8 驅(qū)動(dòng)鏈條選型校核

初選的驅(qū)動(dòng)鏈條型號(hào)為32A-2，為雙排驅(qū)動(dòng)鏈條，查機(jī)械手機(jī)手冊(cè)可知驅(qū)動(dòng)鏈條抗拉載荷Q=45300kgf；

由上可計(jì)算驅(qū)動(dòng)鏈條計(jì)算張力：

Q張=Mn1×1000/d1/2=648.55×2000/276.46=4691.7kgf

則驅(qū)動(dòng)鏈條安全系數(shù)：

S=Q/Q張=45300/4691.7=9.7，符合安全要求。

2.9 速度、驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速計(jì)算校核

驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算：

n2=n3=Vmax×1000/(P×Z)=2.09×1000/250×8=1.05 rpm

則，電機(jī)減速機(jī)輸出計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)：

n1計(jì)算=z2×n2/z1=37×1.05/17=2.27rpm

我們初選電機(jī)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)數(shù)n1=2.3rpm

則，在50Hz的情況下最高的設(shè)計(jì)速度：

V設(shè)計(jì)=n1×z1×1000/z2×Z×P=2.3×37×1000/17×8 ×250=2.11m/min＞2.09m/min滿足最大輸送需求。

2.10 電機(jī)、減速機(jī)選型及校核

由上我們選取的電機(jī)功率P為3kw，初選電機(jī)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為2.3rpm，按電機(jī)、減速機(jī)選型手冊(cè)，我們初選電機(jī)型號(hào)R147R77DV100L4/BMG/HF/V/2.3RPM/3KW。

查詢手冊(cè)可知電機(jī)減速機(jī)扭力矩為1180kgm，電機(jī)減速機(jī)服務(wù)系數(shù)為1.10，在由上已計(jì)算出最小驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭力矩為648.55kgm，我們可以計(jì)算出，扭力矩安全系數(shù)。

S扭力矩=Ma×SEW-fB/Mn1=1180×1.10/648.55=2.0，符合安全要求，因此我們選定的電機(jī)、減速機(jī)R147R77 DV100 L4/BMG/HF/V/2.3RPM/3KW符合我們的設(shè)計(jì)要求。

3、軸的直徑計(jì)算

3.1 鏈條滾輪與軌道接觸應(yīng)力校核

單塊面板承重：n面=g1/2=1000kgf

鏈條走輪與軌道壓力：n軌=n面/4=250kgf

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：

軌道材料55Q，則軌道彈性模量E=206Gpa，軌道強(qiáng)度極限=685Mpa，σb=785～885 σb＞685；

則軌道許用接觸應(yīng)力：

σHP=1.7～2.2σb=（1.7+2.2）×685/2=1335.75Mpa

初選鏈條滾輪材料為45鋼，則鏈條滾輪彈性模量E=206Gpa，鏈條滾輪強(qiáng)度極限取685Mpa，賊鏈條滾輪許用接觸應(yīng)力：

σHP=1.7～2.2σb=（1.7+2.2）×685/2=1335.75Mpa

初選鏈條滾輪半徑R1=0.0425m，選取15kg/m的輕軌，則軌道接觸半徑R2=0.304m，則：A/B值=R1/R2=0.14，a=0.81，根據(jù)接觸應(yīng)力公式：

則接觸應(yīng)力計(jì)算結(jié)論：

σ＜σHP=844.55Mpa＜1335.Mpa滿足要求，圖4為軌道與鏈條滾輪接觸應(yīng)力受力模型。

圖4 接觸應(yīng)力受力模型

3.2 輕軌的選型及校核

輕軌撓度由兩部分組成，一部分由面板、鏈條、整車的集中載荷產(chǎn)生，另一部分由輕軌自身重力的均布載荷產(chǎn)生，分別作計(jì)算。

3.3 面板、鏈條、整車的集中載荷計(jì)算

由于我們?cè)O(shè)計(jì)的中間片架間距為1.5m，則板鏈單側(cè)每1.5m有6塊面板，G面板=6*80kg/塊=480kg；

單側(cè)每1.5m有3m鏈條，G鏈=3*25kg/m=75kg；

單點(diǎn)受力G車=g1/4=2000/4=500kg；

輕軌選型為15kg/m，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：輕軌截面的軸慣性矩I=156.1cm^4

面板、鏈條、整車產(chǎn)生的力為集中載荷：

P=G面板/2+G鏈/2+G車/2=（480+75+500）/2=527.5kg

由上已知：

簡支梁總長 l = 1.5 m

集中載荷 P = 5275 N

彈性模量 E = 206 GPa

截面的軸慣性矩 I = 0.000001561m^4

按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，集中載荷受力模型如圖5，可以得出：

簡支梁的危險(xiǎn)截面B處的：

支座反力 Ra = 2637.5N

支座反力 Rb = 2637.5N

反力矩 Mc = 1978.13N·m

最大剪力 Qc = -2637.5N

最大撓度 fc1 = 1.153E-03m

最大轉(zhuǎn)角θa = 2.306E-03°

最大轉(zhuǎn)角θb = -2.306E-03°

圖5 集中載荷受力圖

3.4 輕軌自身重力的均布載荷計(jì)算

P=G均及軌道自重，軌道自重力為150N，輕軌截面的軸慣性矩I=156.1cm^4；

由上已知：

簡支梁總長 l = 1.5 m

均布載荷 q = 150 N/m

彈性模量 E = 206 GPa

截面的軸慣性矩 I = 0.000001561m^4

按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，均布載荷受力模型如圖6，可以直接得出：

簡支梁的危險(xiǎn)截面B處的：

支座反力 Ra = 112.5N

支座反力 Rb = 112.5N

反力矩 Mc = 42.19N·m

最大剪力 Qc = -112.5N

最大撓度 fc2= 3.074E-05m

最大轉(zhuǎn)角θa = 6.559E-05°

最大轉(zhuǎn)角θb = -6.559E-05°

圖6 均布載荷受力模型

由上計(jì)算得出fc1=1.153E-03m，fc2=3.074E-05m，最大撓度：

fc=fc1+fc2=1.153E-03+3.074E-05=1.18374E-3m

則撓度比：fc/1=1/845＜1/500

輸送設(shè)備對(duì)輔梁的撓度比的要求小于1/400--1/500就能符合要求，因此選取15kg/m的輕軌符合要求。

3.5 中間片架選型及設(shè)計(jì)校核

槽鋼集中載荷計(jì)算

如圖14所示，中間片架分別受上方輕軌壓力和下方返回段支撐拉力，分別進(jìn)行撓度校核。初選槽鋼型號(hào)為16a，按上計(jì)算可知:板鏈單側(cè)每1.5m有6塊面板，G面板=6*80kg/塊=480kg；輕軌受整車壓力為500kg，輕軌選型為15kg/m，輕軌總重量G1=15X4X1.5=90kg，則可以計(jì)算出輕軌給槽鋼的壓力：

G0即集中載荷P=（500+480+90X10/2=5350N

槽鋼長度如圖7為3380mm，彈性模量E為206Gpa,查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知槽鋼截面的軸慣性矩0.00000866m^4；

圖7 寬板鏈截面圖

由上可知：

簡支梁總長 l = 3.38 m

集中載荷 P = 5350 N

彈性模量 E = 206 GPa

截面的軸慣性矩 I = 0.00000866 m^4

局部尺寸 a = 0.9 m

按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，集中載荷受力模型如圖8，可以直接計(jì)算出：

簡支梁的危險(xiǎn)截面B處的：

支座反力 Ra = 5350N

支座反力 Rb = 5350N

固定端反力矩 Ma = -441.61N·m

固定端反力矩 Mb = -441.61N·m

最大反力矩 Mmax = 1282.1N·m

最大剪力 Qc = 5350N

最大撓度 fmax = 6.619E-04m

由于下方返回段支撐拉力產(chǎn)生撓度不會(huì)大于上方輕軌產(chǎn)生撓度，因此估算下方撓度取最大和上方一致為fmax = 6.619E-04m，由此產(chǎn)生的撓度之和fc=2×fmax=1.3238E-03m；則撓度比為fc/1=1/755＜1/500，滿足要求，輸送設(shè)備對(duì)輔梁的撓度比的要求小于1/400--1/500就能符合要求，因此選取中間片架主梁槽鋼為16a。

圖 8 集中載荷受力模型

在完成了電機(jī)、減速機(jī)選項(xiàng)及主要部件強(qiáng)度安全校核后，一條寬板鏈輸送線就基本設(shè)計(jì)完成了，按內(nèi)容選取的材料繪制CAD零部件圖紙及總圖即可。

4、結(jié)束語

本論文通過對(duì)寬板鏈輸送線體主要結(jié)構(gòu)、非標(biāo)設(shè)計(jì)流程、寬板鏈驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)選型計(jì)算校核及主要組成部件受力強(qiáng)度的安全計(jì)算校核等，完成了一條總裝車間寬板鏈輸送線的完整非標(biāo)設(shè)計(jì)。

[1] 張?jiān)敄|. 理論力學(xué)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社,2006.150-213.

[2] 黃茂林. 機(jī)械原理[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.78-153.

[3] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京:化學(xué)工藝出版社,2008. 190-400.

[4] 呂守詳. 機(jī)械制圖[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社,2004. 50-170.

[5] 木林森. AutoCAD使用手冊(cè)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1998. 1-45.

Design the assembly shop of wide plate conveyor line

Li Bin, Wang Yingbin, Yue Xiaobing
( Technological Centre, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This paper mainly with Mengcheng project OK width plate chain conveyor line independent non-standard design to explain the whole wide board conveying line non-standard design process, motor reducer selection check and other major components of stress strength safety checking and other content, is beneficial to improving the General Assembly staff non-standard design capability, saving the cost of design.

Wide plate chain conveyor line; Design process; check; Design capacity

U468.4

A

1671-7988(2016)01-40-05

李彬，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。