總裝車間大滑板輸送線設(shè)計(jì)研究

馬辰雨

摘要：為了能夠提升汽車產(chǎn)量、滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，必須要保證總裝車間輸送線性能，其中大滑板輸送線由于適應(yīng)性強(qiáng)，成本相對(duì)較低，因此在諸多汽車總裝車間得到應(yīng)用。基于此，本文結(jié)合某汽車總裝車間案例，探究總裝車間大滑板輸送線設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：總裝車間;大滑板;輸送線;設(shè)計(jì)

0 ?引言

大滑板輸送線結(jié)構(gòu)適應(yīng)性非常強(qiáng)，并且相比功能相近的輸送線成本更低一些，因此目前我國(guó)很多汽車總裝車間都是采用大滑板輸送體系，逐漸成為了我國(guó)汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的主流設(shè)備。大滑板輸送線設(shè)計(jì)質(zhì)量決定了輸送線的使用性能，包括輸送速率、承載量等都是重要考慮參數(shù)，需要以車間生產(chǎn)性能決定大滑板輸送線運(yùn)作能力，并最大程度上減少大滑板輸送線損壞幾率、提高施工安全性。這也是大滑板輸送線設(shè)計(jì)的最基本要求。

1 ?項(xiàng)目概況

某汽車工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)綱領(lǐng)為：雙班16h、250天、10萬(wàn)產(chǎn)能。結(jié)合工程前期規(guī)劃以及生產(chǎn)要求，該汽車總裝車間要采用兩條輸送線來(lái)滿足生產(chǎn)節(jié)拍需求，并且兩個(gè)輸送線均采用大滑板輸送系統(tǒng)。車輛生產(chǎn)長(zhǎng)度為4645mm、寬度為1740mm、高度為1860mm，軸距為2810mm，前輪距為1500mm、后輪距為1465mm，車輛總質(zhì)量為1750kg。本次生產(chǎn)任務(wù)主要是完成車輛內(nèi)飾線零件部件裝配與調(diào)整。考慮設(shè)備開(kāi)動(dòng)率為90%，10萬(wàn)臺(tái)所需節(jié)拍經(jīng)計(jì)算為144*0.9=129.6S。

2 ?大滑板輸送線設(shè)計(jì)相關(guān)闡述

大滑板輸送線系統(tǒng)中包含了多種結(jié)構(gòu)，包括大滑板、運(yùn)輸軌道、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)（升降機(jī)和升降臺(tái)）、軌道鎖緊、滑板驗(yàn)具、維修臺(tái)車等[1]。

大滑板輸送線系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，要先輸入設(shè)計(jì)方案，計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算主線輸送速度，根據(jù)速度選擇頭尾雙線轉(zhuǎn)接形式，計(jì)算快速驅(qū)動(dòng)段長(zhǎng)度，搭配驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量，并對(duì)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、快驅(qū)電機(jī)、升降機(jī)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)、剪式升降臺(tái)電機(jī)進(jìn)行選型和校核，并確定每個(gè)設(shè)備的工位，確定過(guò)渡板數(shù)量，選擇合適的輸送線長(zhǎng)度以及軌道間距，進(jìn)行軌道型號(hào)選擇，計(jì)算滑板滾輪軸強(qiáng)度并做好校核工作，確定升降機(jī)皮帶以及立柱強(qiáng)度能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)。完成上述工作后即可繪制出CAD總圖，并完成設(shè)計(jì)工作。

3 ?大滑板輸送線初始參數(shù)確定

3.1 工位設(shè)計(jì)

結(jié)合生產(chǎn)車輛的長(zhǎng)寬高參數(shù)，并且還要預(yù)留出一定的操控空間，在設(shè)計(jì)中將工位間距設(shè)定為6000mm，線體寬度為3000mm，板規(guī)格為6000*3000mm。

3.2 主線節(jié)拍與輸送速度

結(jié)合年產(chǎn)10臺(tái)、250天/年、雙班/天以及工位節(jié)距、設(shè)備開(kāi)動(dòng)率等信息參數(shù)。根據(jù)年工作時(shí)間、生產(chǎn)綱領(lǐng)、設(shè)備開(kāi)動(dòng)率計(jì)算生產(chǎn)節(jié)拍，結(jié)合公式：

生產(chǎn)節(jié)拍=60*年工作時(shí)間*設(shè)備開(kāi)動(dòng)率/生產(chǎn)綱領(lǐng)

得出節(jié)拍為2.16min/臺(tái)，設(shè)備運(yùn)行速度為2.78m/min，設(shè)計(jì)中考慮后期產(chǎn)能可以提升50%，則設(shè)備運(yùn)行速度也應(yīng)達(dá)到之前的1.5倍（100%+50%）為4.17m/min。所以設(shè)備變頻最高速度應(yīng)為4.17m/min，調(diào)速范圍理論上應(yīng)在0.417～4.17m/min之間即可滿足車間生產(chǎn)要求。產(chǎn)能提升后的節(jié)拍經(jīng)計(jì)算為1.44m/min。

3.3 設(shè)備工位設(shè)置

本項(xiàng)目采用了2條大滑板輸送線，分別為A輸送線和B輸送線，二者工位均可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求做出調(diào)整。每個(gè)輸送線為18個(gè)安裝工位，其中，主驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)均為半個(gè)工位，快速追趕、快速脫離需要一個(gè)工位，下線一個(gè)工位、升降左右各一個(gè)工位、旋轉(zhuǎn)左右各一個(gè)工位。所以A輸送線為26個(gè)工位，可以大概得出整個(gè)A輸送線長(zhǎng)度為26*6=156m。由于升降設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中要有緩沖線路，所以實(shí)際輸送線長(zhǎng)度要稍長(zhǎng)一些，大約為158-159m[2]。

3.4 轉(zhuǎn)接點(diǎn)節(jié)拍計(jì)算

在A輸送線轉(zhuǎn)接B輸送線方式選擇當(dāng)中，項(xiàng)目采用了空中轉(zhuǎn)運(yùn)方案，如果要采用地下方案，則需要考慮到滑板車身要求，地坑深度不能低于4.5m，成本很高，所以優(yōu)選空中轉(zhuǎn)運(yùn)方案。反之，在B輸送線轉(zhuǎn)接A輸送線時(shí)，由于此時(shí)沒(méi)有車身因素限制，地坑深度小，因此采用地下轉(zhuǎn)接方案。在轉(zhuǎn)接中需要保持車輛向前運(yùn)行，轉(zhuǎn)接中回轉(zhuǎn)設(shè)備要時(shí)刻保持將車前在裝配線上，并且車頭一直向前。主要的轉(zhuǎn)接裝備為回轉(zhuǎn)裝置、轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)、地坑剪式升降機(jī)。本次設(shè)計(jì)快速驅(qū)動(dòng)為26.4m/min，回轉(zhuǎn)速度分別設(shè)置為20.4m/min、40m/min、6m/min，其回轉(zhuǎn)裝置節(jié)拍分別為77s、77s、82s，均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的86s，表示本次參數(shù)設(shè)計(jì)能夠滿足工藝節(jié)拍要求。

4 ?電動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì)

4.1 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)

4.1.1 滑板行走滾動(dòng)摩擦系數(shù)

滾輪摩擦系數(shù)要結(jié)合滾輪結(jié)構(gòu)計(jì)算：

摩擦系數(shù)=附加阻力*（2*摩擦力臂+滾輪軸頸摩擦系數(shù)*軸直徑）/滾輪直徑

公式中，摩擦力臂取值為0.05-0.06;軸頸滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.01-0.03;附加阻力要根據(jù)不同軸承取不同值，滑動(dòng)軸承為1.2-1.3，滾動(dòng)軸承為1.5-1.8。本次取值為附加阻力為1.5、摩擦力臂為0.05、軸頸滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.03、軸直徑9cm、滾輪直徑20cm。最終計(jì)算出的滾輪摩擦系數(shù)為0.0278，取值0.028。

4.1.2 主驅(qū)動(dòng)功率

結(jié)合整個(gè)輸送線設(shè)計(jì)參數(shù)，工藝速度4.17m/min，總荷載量為56520Kgf，摩擦系數(shù)為0.028。則主驅(qū)動(dòng)功率經(jīng)計(jì)算為1.294kW，單機(jī)電機(jī)功率為0.65kW。本項(xiàng)目主驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇為1.1kW。具體要根據(jù)電機(jī)選型樣本電機(jī)挑選使用環(huán)境。

4.1.3 驅(qū)動(dòng)摩擦輪直徑選擇

摩擦輪直徑標(biāo)準(zhǔn)有很多，可以選擇300mm、470mm、500mm，理論上摩擦輪直徑與使用接觸面積成正比，但也會(huì)增加使用成本。根據(jù)驅(qū)動(dòng)具體參數(shù)，本項(xiàng)目選擇300mm直徑摩擦輪?；瑒?dòng)阻力經(jīng)計(jì)算為15826.6N，扭矩為2373.84Nm。

4.1.4 電機(jī)減速機(jī)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)為，電機(jī)功率1.1kW、摩擦輪直徑為300mm，則所需轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算為4.4r，為了保證一定的性能冗余，本次設(shè)計(jì)選取4.8r。實(shí)際最高傳輸速度為4.52m/min，所輸出扭矩為2010Nm，使用系數(shù)為1.35。電機(jī)減速機(jī)輸出系數(shù)為26800N。在主驅(qū)動(dòng)選擇當(dāng)中，需要總功率在2臺(tái)主驅(qū)動(dòng)來(lái)滿足使用要求?？紤]到主驅(qū)動(dòng)使用中要有較大負(fù)荷，因此要有2臺(tái)備用，所以一共有4臺(tái)主驅(qū)動(dòng)設(shè)備，“二備二用”[3]。

4.2 快速驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)

快速驅(qū)動(dòng)主要是負(fù)責(zé)完成線體、單機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)滑板快速輸入與輸出，滿足整個(gè)大滑板輸送線節(jié)拍生產(chǎn)需求。結(jié)合上述項(xiàng)目參數(shù)中，摩擦系數(shù)0.028，快速驅(qū)動(dòng)輸送疏導(dǎo)24m/min，電機(jī)功率0.353kW。結(jié)合選型手冊(cè)信息，輸出轉(zhuǎn)速和輸出扭矩分別為28r/min和255Nm。則實(shí)際輸送速度經(jīng)計(jì)算為26.4m/min。

4.3 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速機(jī)

制動(dòng)驅(qū)動(dòng)能夠避免滑板產(chǎn)生非驅(qū)動(dòng)位移，控制滑板移動(dòng)量，需要制動(dòng)驅(qū)動(dòng)同步運(yùn)行，不得在滑板之間出現(xiàn)間隙問(wèn)題，操持輸送線運(yùn)行中的平穩(wěn)性。本次設(shè)計(jì)滑板運(yùn)行速度為4.52m/min，也就是0.075m/s，摩擦輪直徑為300mm，輸出轉(zhuǎn)速為4.8r?；寮铀兕l率為1s，慣性力經(jīng)計(jì)算為4239N。實(shí)際運(yùn)行功率為0.38kW，單臺(tái)功率為0.19kW。考慮一定性能冗余，設(shè)計(jì)中采用0.55kW電機(jī)，將轉(zhuǎn)速為4.4r，減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速設(shè)定為4.7r/min。實(shí)際輸送速度為4.43m/min，結(jié)合選型手冊(cè)得出輸出轉(zhuǎn)速為4.7r/min，輸出扭矩為1020Nm[4]。摩擦輪直徑300mm，輸出阻力為6800N。

4.4 轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)

轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)主要是負(fù)責(zé)將滑板、車身輸送到空中鋼平臺(tái)上，要就是A→B，之后另一臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)升降機(jī)在空中平臺(tái)輸送到B線。結(jié)合選型手冊(cè)，本次設(shè)計(jì)選擇R系列減速機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速為41r/min，輸出扭矩為3460Nm，升降速度為45.1m/min，提升力為19771N。

4.5 剪式升降機(jī)電機(jī)減速機(jī)

該減速機(jī)負(fù)責(zé)將滑板從地面返回，設(shè)計(jì)中的抬升高度為1.8m，升降速率為6m/min，最大荷載量為2000kg，運(yùn)動(dòng)部件總荷載量為4650kg。電機(jī)功率為5.47kW，升降功率為6m/min，安全系數(shù)為2，電機(jī)功率最終設(shè)計(jì)為11kW。借助軟件模擬抬升皮帶運(yùn)行情況，在提升1.8m情況下的皮帶行走距離為3.6m，行走速率為12m/min[5]。帶輪直徑為135mm，則轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算為28.3r，查詢減速機(jī)選型表，最終確認(rèn)輸出轉(zhuǎn)速為30r/min，扭矩量為3470Nm。

4.6 旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)減速機(jī)

本次設(shè)計(jì)的滑板總重量為1700kg、車身重為1000kg，旋轉(zhuǎn)臺(tái)加驅(qū)動(dòng)重量為2000kg。旋轉(zhuǎn)臺(tái)采用了滾動(dòng)摩擦方案，所以系數(shù)選擇范圍在0.025-0.05，滾動(dòng)輪直徑選擇270mm，設(shè)計(jì)在摩擦系數(shù)選擇0.025，滾輪直徑與摩擦系數(shù)成反比。阻力量為1175N，軌道直徑為3m，周長(zhǎng)9.42m，兩轉(zhuǎn)為18.85m/min。則電機(jī)功率理論值為0.369kW，最終取值2.2kW。由于滾輪直徑為270mm，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速要求為22.23r，實(shí)際設(shè)計(jì)選擇24r。根據(jù)手冊(cè)選擇，電機(jī)接線角為180°[6]。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本次設(shè)計(jì)的大滑板輸送線系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減速機(jī)選型、驅(qū)動(dòng)性能分析等，能夠有效滿足汽車總裝車間的使用要求，并且整個(gè)大滑板輸送線系統(tǒng)十分完整，各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)均有一定的性能冗余，避免輸送系統(tǒng)長(zhǎng)期滿負(fù)載運(yùn)行，保證了系統(tǒng)運(yùn)行安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李彬，彭海峰，王迎斌.總裝車間大滑板輸送線設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017，255（24）：151-155.

[2]楊康和.升降滑板輸送線在總裝工藝中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械制造，2017，55（08）：54-57.

[3]李楊歆，薛俊嘉，李臻，等.總裝大總成輸送線的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[C]//2018中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì).2018.

[4]李彬，王迎斌，岳小兵.總裝車間寬板輸送線設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2016（01）：40-44.

[5]劉陽(yáng)，王松虎，郭月美，等.總裝車間模塊化物流輸送線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].汽車制造業(yè)，2016（01）：222-223.

[6]劉景祥.淺析汽車制造總裝車間生產(chǎn)線輸送設(shè)備[J].環(huán)球市場(chǎng)，2018（06）：386-387.