總裝柔性化生產(chǎn)線的車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

封增強(qiáng)

摘 要：為適應(yīng)汽車(chē)市場(chǎng)多樣化需求，汽車(chē)制造企業(yè)需不斷持續(xù)進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，同時(shí)制造工程需同步進(jìn)行新生產(chǎn)線的規(guī)劃和舊線改造，滿足新產(chǎn)品在線制造的需要。為實(shí)現(xiàn)低投入高產(chǎn)出的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)方式正由單一品種剛性生產(chǎn)方式向多品種柔性化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。前期，公司總裝線裝配車(chē)型較多，既有已在其它工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，也有開(kāi)發(fā)中的產(chǎn)品，平臺(tái)化設(shè)計(jì)不理想，車(chē)身下部支撐點(diǎn)/吊點(diǎn)一致性差，空間尺寸和形狀差別很大。生產(chǎn)線在柔性化設(shè)計(jì)方面受轉(zhuǎn)接設(shè)備和車(chē)身輸送設(shè)備局限，柔性化生產(chǎn)線適應(yīng)車(chē)型品種較少，車(chē)身轉(zhuǎn)接過(guò)程需要人工調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)接的生產(chǎn)要求，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，并增加不安全因素，不能滿足公司同類(lèi)車(chē)型共線生產(chǎn)要求。此次，結(jié)合公司搬遷新產(chǎn)品對(duì)總裝進(jìn)行適應(yīng)性改造規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程，自主進(jìn)行生產(chǎn)線車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立一套類(lèi)似設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程和方法，作為后續(xù)生產(chǎn)線規(guī)劃和改造的設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：柔性化生產(chǎn)線;車(chē)身轉(zhuǎn)接;轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

2011年，公司規(guī)劃新建整車(chē)廠。為實(shí)現(xiàn)在較少投資下，生產(chǎn)線能夠兼容更多的產(chǎn)品，因此總裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)了高度柔性化的生產(chǎn)線。

由于要求總裝線裝配車(chē)型較多，既有已在其它工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，也有開(kāi)發(fā)中的產(chǎn)品，平臺(tái)化設(shè)計(jì)不理想，車(chē)身的下部支撐點(diǎn)/吊點(diǎn)一致性差，空間尺寸和形狀差別很大，車(chē)身轉(zhuǎn)接過(guò)程需人工調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)接的生產(chǎn)要求，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，并增加了不安全因素。

2013年，公司規(guī)劃總裝線在現(xiàn)有3種車(chē)型基礎(chǔ)上再增加2類(lèi)4種車(chē)型生產(chǎn)，混線生產(chǎn)4個(gè)產(chǎn)品7個(gè)車(chē)型。生產(chǎn)線設(shè)備改造升級(jí)，總裝線主要是車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)性改造設(shè)計(jì)。結(jié)合前期經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)，此次重點(diǎn)對(duì)車(chē)身轉(zhuǎn)接移載機(jī)構(gòu)進(jìn)行柔性化設(shè)計(jì)，在簡(jiǎn)化車(chē)身接車(chē)機(jī)構(gòu)同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)車(chē)型選擇，達(dá)到自動(dòng)化轉(zhuǎn)接目標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1 車(chē)身情況

總裝線裝配的車(chē)型共計(jì)4類(lèi)7種車(chē)型，外形尺寸、前懸和軸距差別很大，各車(chē)型具體尺寸見(jiàn)下表（單位：mm）。

車(chē)身重量均在600kg以上，車(chē)身底部裙邊無(wú)加強(qiáng)支撐設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)接不能支撐車(chē)身裙邊，否則會(huì)造成車(chē)身裙邊變形，影響整車(chē)質(zhì)量。

2.2 車(chē)身轉(zhuǎn)接要求

（1）車(chē)身在輸送工裝（滑橇、滑板、吊具及板鏈）上前輪中心X方向上處于同一位置;

（2）轉(zhuǎn)接時(shí)車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)和輸送工裝上的支撐與車(chē)身有足夠的安全距離，不得與車(chē)身發(fā)生干涉，確保車(chē)身表面質(zhì)量;

（3）車(chē)身轉(zhuǎn)接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)接，最大程度降低人工調(diào)整工作。

2.3 設(shè)計(jì)、制造原則

車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的調(diào)整和車(chē)身轉(zhuǎn)接必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍和安全生產(chǎn)要求，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整和轉(zhuǎn)接。在原車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加車(chē)身轉(zhuǎn)接和輸送工裝的調(diào)整機(jī)構(gòu)，對(duì)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造提出專(zhuān)門(mén)要求。車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造必須滿足符合國(guó)家對(duì)機(jī)械輸送設(shè)備制造、安裝標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定。

3 技術(shù)原理

車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)對(duì)車(chē)身轉(zhuǎn)接，通過(guò)輸送線升降機(jī)將帶車(chē)身的輸送工裝（滑橇/滑板）升起，車(chē)身移載叉伸出到車(chē)身下部，輸送工裝隨升降機(jī)下落，車(chē)身轉(zhuǎn)移至移載叉支撐上，移載叉帶車(chē)身收回并伸出至另一輸送線升降機(jī)上方，升降機(jī)帶輸送工裝上升，車(chē)身脫離移載叉，移載叉收回后升降機(jī)下降，車(chē)身轉(zhuǎn)接到輸送工裝上。（下面以涂裝車(chē)間車(chē)身轉(zhuǎn)總裝車(chē)間為例詳細(xì)介紹）

3.1 車(chē)身升起

涂裝車(chē)間完成涂漆車(chē)身，由輸送工裝輸送至涂總轉(zhuǎn)接工位，經(jīng)過(guò)識(shí)別車(chē)型，將確認(rèn)車(chē)型的控制信號(hào)傳至控制系統(tǒng)，輸送工裝根據(jù)控制信號(hào)在相應(yīng)位置停止定位。升降機(jī)啟動(dòng)，輸送工裝攜帶車(chē)身上升，至上限位后停止，發(fā)出信號(hào)等待交接車(chē)身。

3.2 車(chē)身交接（涂裝輸送線向移載機(jī)）

車(chē)身移載機(jī)首先根據(jù)接到車(chē)型信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整車(chē)身移載叉間距，滿足需轉(zhuǎn)接車(chē)身的支撐要求。在接到車(chē)身上升到位信號(hào)后，移載叉向車(chē)身下部伸出。移載叉伸出到位發(fā)出信號(hào)，升降機(jī)開(kāi)始下降，車(chē)身落在移載叉支撐上，輸送工裝繼續(xù)下降，車(chē)身與輸送工裝分離，輸送工裝下降到位發(fā)出信號(hào)，車(chē)身實(shí)現(xiàn)輸送工裝到移載叉交接。

3.3 車(chē)身的轉(zhuǎn)移

車(chē)身移載叉在接到涂裝車(chē)身輸送工裝下降到位信號(hào)后開(kāi)始收回，車(chē)身隨移載叉收回離開(kāi)涂裝側(cè)輸送線上方。到達(dá)移載機(jī)上方，在接到總裝側(cè)輸送工裝到位信號(hào)后，向總裝側(cè)伸出移載叉，車(chē)身隨移載叉轉(zhuǎn)移至總裝側(cè)輸送工裝上方并發(fā)出到位信號(hào)，等待車(chē)身交接。此處在總裝側(cè)轉(zhuǎn)接工位有帶車(chē)身的輸送工裝時(shí)，移載叉會(huì)攜帶車(chē)身在移載機(jī)中位上方等待信號(hào);若總裝側(cè)沒(méi)有帶車(chē)身的輸送工裝，且空的輸送工裝已經(jīng)到位時(shí)，移載叉會(huì)攜帶車(chē)身直接由涂裝側(cè)上方移動(dòng)到總裝側(cè)上方，到位后發(fā)出信號(hào)，等待車(chē)身交接。

3.4 車(chē)身的交接（移載機(jī)向總裝輸送線）

總裝側(cè)輸送工裝接收到車(chē)型信號(hào)，調(diào)整好車(chē)型支撐，駛?cè)肟傃b轉(zhuǎn)接工位，發(fā)出總裝空輸送工裝到位信號(hào)。接到移載叉到達(dá)總裝轉(zhuǎn)接工位上方的信號(hào)后，升降機(jī)帶輸送工裝上升，輸送工裝支撐與車(chē)身接觸，輸送工裝繼續(xù)上升車(chē)身與移載叉分離，輸送工裝上升至上限位停止，發(fā)出到位信號(hào)。移載叉接到輸送工裝上升到位信號(hào)，電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始收回移載叉，到達(dá)中位時(shí)發(fā)出信號(hào)。升降機(jī)接到移載叉到位信號(hào)，升降機(jī)下降，車(chē)身隨輸送工裝下降至升降機(jī)低位，完成車(chē)身交接，發(fā)出輸送機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，輸送工裝帶車(chē)身送出轉(zhuǎn)接工位。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 車(chē)身移載機(jī)構(gòu)

車(chē)身移載機(jī)構(gòu)除定制的移載叉和調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)滑軌，包括座架、后移載叉調(diào)整裝置、后移載叉、移載叉伸縮聯(lián)動(dòng)軸、前移載叉調(diào)整裝置、前移載叉、車(chē)身支撐、移載叉伸縮電機(jī)、電氣控制等組成，結(jié)構(gòu)件如圖1所示。

4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.2.1 移載叉調(diào)整范圍確定

為確保各車(chē)型在輸送工裝上前輪中心X方向處于同一位置，各車(chē)型在輸送工裝上位置如圖2所示。由于各車(chē)型長(zhǎng)度、前懸和軸距不同，在輸送工裝上位置存在差異。車(chē)身移載機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)接要求是，除支撐車(chē)前后支撐外，移載機(jī)構(gòu)任何部位不得與車(chē)身發(fā)生接觸并有安全距離。為避讓車(chē)身底焊接零部件，車(chē)身移載前、后移載叉需要進(jìn)行沿車(chē)身X方調(diào)整。如圖2所示，前移載叉調(diào)整距離較小，并且有2個(gè)位置，調(diào)整距離在150mm。后移載叉調(diào)整距離較大，并且需要3個(gè)位置，最大調(diào)整距離在780mm。

4.2.2 移載叉定制

原轉(zhuǎn)接工位移載叉采用德國(guó)MIAS汽車(chē)工業(yè)移載叉，設(shè)備負(fù)荷最高可達(dá)2000kg，移載距離4000mm-7000mm，滿足新增車(chē)型載重和移載尺寸要求，故繼續(xù)使用該移載叉。

4.2.3 移載叉調(diào)整裝置移動(dòng)滑軌定制

移載叉調(diào)整裝置（如圖3所示）前部移動(dòng)滑軌定制為確保車(chē)身在輸送工裝上前輪中心X方向上處于同一位置，根據(jù)4類(lèi)7種車(chē)型前懸尺寸，移載叉上車(chē)身前支撐需有2個(gè)位置，并且相距在150mm。移載叉安裝底座寬度320mm，安裝底座兩側(cè)留出緩沖尺寸100-150mm，則移動(dòng)框架尺寸設(shè)計(jì)為610mm，兩端再留出10mm安全距離。故前部調(diào)整機(jī)構(gòu)移動(dòng)滑軌長(zhǎng)度=150mm +610mm+10mm×2=780mm。移動(dòng)滑軌需具有承載能力，最重車(chē)身約1200kg左右，考慮安全系數(shù)，前部支撐需承載1000kg，每側(cè)滑軌承載500kg。因此，前部移載叉調(diào)整裝置移動(dòng)滑軌定制1對(duì)承載550kg，長(zhǎng)度為780mm重型線性滑軌，定制型號(hào)為HGW550HB2R780ZACⅡ。

后部移動(dòng)滑軌定制 根據(jù)車(chē)型軸距，和前部定位尺寸限制，后部移載叉車(chē)身支撐需要3個(gè)位置，兩端最遠(yuǎn)相距750mm，參照前部調(diào)整裝置移動(dòng)滑軌長(zhǎng)度確定方式，后部調(diào)整裝置移動(dòng)滑軌長(zhǎng)度=780mm +610mm+10mm×2=1410mm，承載能力與前部相同。因此，后部移載叉調(diào)整裝置移動(dòng)滑軌定制1對(duì)承載550kg，長(zhǎng)度為1410mm重型線性滑軌，定制型號(hào)為HGW550HB2R1410ZACⅡ。

4.2.4 移載叉調(diào)整機(jī)構(gòu)動(dòng)力單元設(shè)計(jì)

由移載叉調(diào)整范圍可知，前部移載叉需移動(dòng)兩個(gè)位置，后部移載叉需移動(dòng)三個(gè)位置。直線移動(dòng)優(yōu)先考慮氣缸驅(qū)動(dòng)，但氣缸驅(qū)動(dòng)過(guò)程中只能停兩個(gè)位置，一個(gè)在氣缸行程起始點(diǎn)，一個(gè)在氣缸行程末端，無(wú)法實(shí)現(xiàn)行程中間停止。前部移載叉調(diào)整目標(biāo)可以達(dá)到，但3個(gè)停止位置的后部移載叉無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)整目標(biāo)，因此調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)不選擇氣缸驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有隨時(shí)停止功能，可實(shí)現(xiàn)多位置停頓，采用齒輪齒條傳動(dòng)把電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€移動(dòng)，通過(guò)到位開(kāi)關(guān)控制電機(jī)運(yùn)行，既能實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)目的，又能實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置停止。因此，移載叉調(diào)整機(jī)構(gòu)選用如圖4所示的齒輪齒條傳動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力單元。

4.2.5 車(chē)型識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車(chē)型識(shí)別系統(tǒng)采用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)車(chē)身外形自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。本生產(chǎn)線生產(chǎn)4類(lèi)7種車(chē)型具有不同的外形、軸距和前懸，轉(zhuǎn)接要求車(chē)身前輪中心X方向處于同一位置，7種車(chē)型轉(zhuǎn)接點(diǎn)位置存在差別。利用此種位置差異，設(shè)置多組光電對(duì)射開(kāi)關(guān)，車(chē)身遮擋不同光電信號(hào)，定義不同車(chē)型代碼，實(shí)現(xiàn)識(shí)別車(chē)型功能。光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別車(chē)型系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，輸出控制信號(hào)至移載機(jī)構(gòu)調(diào)整控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整移載叉間距功能。

4.2.6 電氣控制

車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)升降機(jī)電氣控制包括上升啟動(dòng)和下降啟動(dòng)，上升啟動(dòng)由車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)輸送工裝到位信號(hào)控制，下降啟動(dòng)由車(chē)身移載叉伸入車(chē)身下部到位信號(hào)控制。

移載叉電氣控制包括間距調(diào)整、空載伸出、載車(chē)收回、反向伸出、空載收回，間距調(diào)整由車(chē)型自動(dòng)識(shí)別信號(hào)控制，空載伸出由車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)升降機(jī)上升到位信號(hào)控制，載車(chē)收回由車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)升降機(jī)下降到位信號(hào)控制，反向伸出由接車(chē)側(cè)輸送工裝到位信號(hào)控制，空載收回由接車(chē)側(cè)升降機(jī)上升到位信號(hào)控制。

車(chē)身接車(chē)側(cè)升降機(jī)電氣控制包括上升啟動(dòng)和下降啟動(dòng)，上升啟動(dòng)由移載叉反向伸出到位信號(hào)控制，下降啟動(dòng)由車(chē)身移載叉空載收回到位信號(hào)控制。

4.2.7 原有升降裝置

原有升降裝置升降速度和起升重量滿足新增車(chē)型升降要求，不做改造繼續(xù)使用。僅需在車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)增加車(chē)型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，在輸送工裝攜帶車(chē)身到位后向移載叉調(diào)整機(jī)構(gòu)發(fā)出車(chē)型信號(hào)。

4.3 工作過(guò)程

車(chē)身轉(zhuǎn)接工作過(guò)程：①車(chē)身轉(zhuǎn)出側(cè)輸送工裝攜帶車(chē)身到達(dá)轉(zhuǎn)接工位，車(chē)型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別車(chē)型并發(fā)出信號(hào);隨后升降機(jī)啟動(dòng)，將輸送工裝上升到位，等待移載叉接車(chē)。②上面沒(méi)有車(chē)身的移載機(jī)構(gòu)在接到車(chē)型信號(hào)后，調(diào)整移載機(jī)構(gòu)移載叉間距。間距調(diào)整到位后向車(chē)身下部伸出移載叉，移載叉伸出到位后發(fā)出信號(hào)，升降機(jī)開(kāi)始下降，下降到位發(fā)出信號(hào)，移載叉啟動(dòng)收回至移載機(jī)構(gòu)上部，若接車(chē)側(cè)沒(méi)有車(chē)身并且輸送工裝已到位，則移載叉反向伸出，否則在移載機(jī)構(gòu)上部等待。③接車(chē)側(cè)輸送工裝到位并發(fā)出信號(hào)，移載叉反向伸出移載叉，移載叉到位后發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)接車(chē)側(cè)升降機(jī)，升降機(jī)上升到位后發(fā)出信號(hào)，移載叉空載收回到移載機(jī)上部，發(fā)出到位信號(hào)等待下個(gè)接車(chē)循環(huán)。④接車(chē)側(cè)升降機(jī)接到移載叉到位信號(hào)開(kāi)始下降，下降到位后發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)輸送裝置，攜帶車(chē)身的輸送工裝駛出轉(zhuǎn)接工位，完成車(chē)身轉(zhuǎn)接。

5 應(yīng)用

根據(jù)此設(shè)計(jì)方案，對(duì)總裝線3個(gè)轉(zhuǎn)接點(diǎn)進(jìn)行改造，分別是涂裝車(chē)間向總裝車(chē)間車(chē)身儲(chǔ)運(yùn)線轉(zhuǎn)接，總裝車(chē)身儲(chǔ)運(yùn)線向內(nèi)飾裝配線轉(zhuǎn)接，內(nèi)飾裝配線向底盤(pán)吊裝線轉(zhuǎn)接。

涂裝車(chē)間向總裝車(chē)身儲(chǔ)運(yùn)線轉(zhuǎn)接，完全按上述方案實(shí)施改造，是涂裝滑橇上車(chē)身向總裝滑橇轉(zhuǎn)接。

總裝車(chē)身儲(chǔ)運(yùn)線向內(nèi)飾裝配線轉(zhuǎn)接，也基本按方案實(shí)施改造，從二層平臺(tái)向地面裝配線轉(zhuǎn)接，接車(chē)側(cè)升降機(jī)行程較大，是車(chē)身儲(chǔ)運(yùn)線滑橇向內(nèi)飾線滑板轉(zhuǎn)接車(chē)身。

內(nèi)飾裝配線向底盤(pán)吊裝線轉(zhuǎn)接，是利用該方案原理，對(duì)移載機(jī)構(gòu)形式進(jìn)行更改。此處車(chē)身轉(zhuǎn)接不是移行轉(zhuǎn)接，不能從車(chē)身一側(cè)伸入移載叉，移載叉需要由車(chē)身兩側(cè)進(jìn)入車(chē)身下部，所以，將移載叉設(shè)計(jì)成了左右對(duì)稱(chēng)的前后各一對(duì)，同一對(duì)移載叉間距調(diào)整和伸出收回由統(tǒng)一信號(hào)控制，保證全部移載叉同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)地面裝配線向空中裝配線車(chē)身轉(zhuǎn)接。此時(shí)車(chē)身已裝配部分零部件，車(chē)身重量發(fā)生變化，需對(duì)移載機(jī)構(gòu)承載能力進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)新生產(chǎn)線改造工作，并借鑒多年總裝工藝工作實(shí)踐和總結(jié)，闡述總裝柔性化生產(chǎn)線車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思路和方法，對(duì)車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)主要內(nèi)容進(jìn)行明確，對(duì)設(shè)計(jì)方案技術(shù)原理和工作過(guò)程進(jìn)行深入分析，經(jīng)設(shè)備改造實(shí)際驗(yàn)證可應(yīng)用于類(lèi)似總裝線車(chē)身轉(zhuǎn)接過(guò)程中。

總裝柔性化生產(chǎn)線車(chē)身轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工作，需要在改造規(guī)劃方案階段早期介入，在設(shè)備改造設(shè)計(jì)時(shí)即提出工藝要求，以最精益方式實(shí)現(xiàn)總裝線柔性化生產(chǎn)制造目標(biāo)。

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