重型卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用

高曉斌 李小強(qiáng) 胡衛(wèi)毅

摘 要：為解決重型卡車裝配作業(yè)過(guò)程中，駕駛室手動(dòng)翻轉(zhuǎn)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大問(wèn)題，設(shè)計(jì)研發(fā)翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與工藝裝配分析，提出設(shè)備設(shè)計(jì)思路并制定設(shè)計(jì)方案，按照設(shè)計(jì)方案展開機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制原理論證。設(shè)計(jì)方案的高效實(shí)施，駕駛室輔助設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以機(jī)帶人，大幅降低員工勞動(dòng)輕度。

關(guān)鍵詞：重型卡車;駕駛室;手動(dòng)翻轉(zhuǎn)

中圖分類號(hào)：U463.81? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-36-03

Abstract： In order to solve the problem of high labor intensity of manual cab turnover in heavy truck assembly， the design and development of turnover auxiliary equipment was carried out. After the analysis of the site environment and process assembly， the design idea of equipment is put forward and the design scheme is made. The mechanical structure design and control principle demonstration are carried out according to the design scheme. The efficient implementation of the design scheme， the on-site practical application of auxiliary equipment in the cab， the realization of machine to take people， greatly reduce the labor of the staff.

Keywords： Heavy truck; Cab; Manual turnover

CLC NO.： U463.81? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-36-03

前言

重型卡車裝配作業(yè)過(guò)程中，駕駛室搭裝完成，但駕駛室底部車輛底盤仍存在裝配工序，此時(shí)需將駕駛室翻轉(zhuǎn)起來(lái)才可繼續(xù)進(jìn)行裝配。由于重型卡車駕駛室的重量較大，其翻轉(zhuǎn)均需要手油泵液壓系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)，而在現(xiàn)有裝配車型中，手油泵液壓系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。自動(dòng)模式采用電機(jī)帶動(dòng)手油泵液壓實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，手動(dòng)模式必須裝配人員利用杠桿手動(dòng)打壓實(shí)現(xiàn)手油泵液壓翻轉(zhuǎn)。雖然隨著市場(chǎng)的變化，自動(dòng)翻轉(zhuǎn)模式車型裝配需求不斷增加，但手動(dòng)模式車型裝配數(shù)量仍然占比較大，因此現(xiàn)場(chǎng)裝配人員勞動(dòng)強(qiáng)度仍居高不下。裝配人員借用杠桿搖動(dòng)手油泵時(shí)，單車搖動(dòng)頻次在150至200次之間，杠桿手持端上下幅度300mm至400mm，按照單日產(chǎn)量計(jì)算，單人單日搖動(dòng)杠桿約2萬(wàn)余次，因此極易造成裝配人員的胳膊、腰部疲勞受損，裝配人員抱怨不斷。針對(duì)此問(wèn)題，急需研發(fā)設(shè)計(jì)一臺(tái)用于駕駛室翻轉(zhuǎn)作業(yè)的輔助設(shè)備，以機(jī)帶人，輔助完成駕駛室翻轉(zhuǎn)作業(yè)，從而減輕此崗位作業(yè)裝配人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 工藝分析

1.1 手動(dòng)翻轉(zhuǎn)車型分析

手動(dòng)翻轉(zhuǎn)車型中，裝配人員將杠桿插入手油泵中，以手油泵為中心上下往復(fù)搖動(dòng)，駕駛室翻轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)工作，以實(shí)現(xiàn)駕駛室翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集測(cè)算，車輛手油泵安裝位置距地面高度均在1100mm至1250mm之間，最大高低差距150mm，裝配人員單次搖動(dòng)最高點(diǎn)距最低點(diǎn)距離在300mm至400mm之間。

1.2 裝配現(xiàn)場(chǎng)空間分析

采用輔助設(shè)備替換人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，裝配現(xiàn)場(chǎng)需充足的設(shè)備運(yùn)行空間。經(jīng)過(guò)測(cè)算，為保證手油泵正常工作，輔助設(shè)備上下?lián)u動(dòng)幅度充足，且與裝配車輛保持120mm的安全距離，輔助設(shè)備需保持距線體軌道間距1200mm，如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)，駕駛室翻轉(zhuǎn)裝配B27至B28工位存在充足的設(shè)備運(yùn)行空間，可滿足現(xiàn)場(chǎng)輔助設(shè)備安裝需求。

2 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝與裝配空間分析，輔助設(shè)備設(shè)計(jì)思路為：設(shè)備需具備三項(xiàng)功能。第一項(xiàng)，存在自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)備帶動(dòng)杠桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);第二項(xiàng)，自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中心高低可調(diào)，保護(hù)正常裝配的情況下，滿足不同車型的駕駛室翻轉(zhuǎn)需求;第三項(xiàng)，輔助設(shè)備具備隨線運(yùn)行功能，保證配合流水線作業(yè)。設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，這三項(xiàng)功能中，第一項(xiàng)功能作為主要功能必須保證實(shí)現(xiàn)，另外兩項(xiàng)功能輔助，以保證設(shè)備更好的適用于現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)收集資料分析，提出電控設(shè)計(jì)方案和氣控設(shè)計(jì)方案。

2.1 電控方案

電控方案中，輔助設(shè)備主要往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)杠桿實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，凸輪帶動(dòng)杠桿上下往復(fù)一周。輔助設(shè)備隨行功能采用裝配人員輔助設(shè)備隨線運(yùn)行。

2.2 氣控方案

氣控方案中，根據(jù)杠桿往復(fù)距離直接選用350mm行程的氣缸，滿足設(shè)備往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程，設(shè)計(jì)控制氣路滿足杠桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)翻轉(zhuǎn)駕駛室車型中手油泵安裝位置差，選擇200mm行程的氣缸，調(diào)整輔助設(shè)備翻轉(zhuǎn)位置。

3 確定方案

根據(jù)電控方案設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)出驗(yàn)證設(shè)備，將其帶至現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)駕駛室定點(diǎn)翻轉(zhuǎn)。由于凸輪運(yùn)行為圓周運(yùn)動(dòng)，存在較大離心力，因此設(shè)備在進(jìn)行隨線試驗(yàn)時(shí)，裝配人員輔助設(shè)備隨線行走如無(wú)法保持設(shè)備與裝配車輛運(yùn)行平穩(wěn)，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備劇烈晃動(dòng)，存在較大使用安全隱患。

根據(jù)氣控方案設(shè)計(jì)思路，氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，不存在離心力。設(shè)計(jì)出驗(yàn)證設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，氣缸上下運(yùn)動(dòng)，在設(shè)備與裝配車輛隨線運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)性差，往復(fù)氣缸仍可以穩(wěn)定帶動(dòng)杠桿上下均勻運(yùn)動(dòng)，從而保證駕駛室翻轉(zhuǎn)，因此氣控方案安全性高。經(jīng)過(guò)對(duì)比，在保證設(shè)備安全使用前提下，選擇氣控方案實(shí)施。

4 設(shè)備設(shè)計(jì)

4.1 往復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)輔助設(shè)備與裝配車輛隨線運(yùn)行時(shí)位置相對(duì)位移小，且之間間距固定等特點(diǎn)。為保證氣缸往復(fù)直線運(yùn)行，氣缸與搖動(dòng)杠桿之間連接需采用活動(dòng)機(jī)構(gòu)，此活動(dòng)機(jī)構(gòu)由U型雙肘接頭與套管兩部分組成，雙肘接頭固定于氣缸頂端，雙肘接頭與套管采用銷軸連接，套管套于杠桿上。氣缸上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，套管延杠桿直線往復(fù)滑動(dòng)，而套管與雙肘接頭運(yùn)動(dòng)角度隨氣缸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在輔助設(shè)備與裝配車輛隨線運(yùn)行存在位移變量的情況下，仍可以保證杠桿平穩(wěn)上下?lián)u擺，以實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)手油泵工作。

4.2 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輔助設(shè)備往復(fù)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程的最高點(diǎn)過(guò)高或最低點(diǎn)過(guò)低均會(huì)超手油泵作業(yè)范圍，造成手油泵損壞，因此在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，需將氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的中心位置與手油泵安裝位置結(jié)合考慮，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)中心位置與手油泵位置相對(duì)位差小于50mm，如圖3所示。而在裝配車型中，手油泵安裝位置最大位差150mm，因此輔助設(shè)備需增加升降機(jī)構(gòu)，調(diào)整氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)中心點(diǎn)位置，以保護(hù)手油泵工作時(shí)不會(huì)因使用設(shè)備受損。

根據(jù)手油泵安裝位置高低差別，選用200mm行程的氣缸作為升降結(jié)構(gòu)的主要部件。將用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸安裝至一塊方形平板上，平板中心位置與升降氣缸軸固定，方形平板的四角位置安裝鍍鉻光桿及直線軸承，以保證方形平板上下運(yùn)行平穩(wěn)。升級(jí) 氣缸帶動(dòng)方形平板進(jìn)行上下調(diào)整時(shí)，往復(fù)機(jī)構(gòu)同時(shí)也進(jìn)行上下調(diào)整，以達(dá)到往復(fù)氣缸運(yùn)動(dòng)中心位置與手油泵位置位差小于50mm。

4.3 隨動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)輔助設(shè)備與裝配車輛之間間距固定、相對(duì)位移小，輔助設(shè)備與裝配線體需保持平行且直線運(yùn)行。因此設(shè)計(jì)時(shí)選用20mm方鋼作為輔助設(shè)備的運(yùn)行導(dǎo)軌。為保證輔助設(shè)備延導(dǎo)軌方向運(yùn)行，其行走輪設(shè)計(jì)為帶輪邊，兩側(cè)輪邊將輔助設(shè)備運(yùn)行限制于導(dǎo)軌上，如圖4所示。

4.4 氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)

往復(fù)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用機(jī)械閥與雙氣控閥之間相互作用，實(shí)現(xiàn)往復(fù)氣缸連續(xù)上下作業(yè)。升降氣缸執(zhí)行動(dòng)作采用氣控閥控制，輔助設(shè)備根據(jù)車型手油泵安裝位置高低調(diào)整升降氣缸。在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，裝配人員需將手油泵與輔助設(shè)備的往復(fù)機(jī)構(gòu)用杠桿連接起來(lái)，而往復(fù)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中杠桿可快速連接手油泵，為方便裝配人員安全可靠操作，需將往復(fù)運(yùn)動(dòng)分為高速運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)輔助設(shè)備操作需求，設(shè)備需具備高速、低速、停止、上升及下降5項(xiàng)功能，如圖5所示。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝使用

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備設(shè)計(jì)完成，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，安裝時(shí)以裝配線體軌道為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，確定輔助設(shè)備軌道位置，軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度根據(jù)裝配線體運(yùn)行速度及輔助設(shè)備翻轉(zhuǎn)駕駛室的速度進(jìn)行計(jì)算，氣源采用彈簧氣管線旁取氣，彈簧管可自由伸縮，不存在氣管打折引發(fā)的故障問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)裝配人員使用，輔助設(shè)備可覆蓋所有手動(dòng)駕駛室翻轉(zhuǎn)車型，在固定工位內(nèi)，駕駛室翻轉(zhuǎn)成功率100%。在駕駛室翻轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中，由于輔助設(shè)備行走輪與軌道之間摩擦力非常小，裝配線體可通過(guò)手油泵及杠桿帶動(dòng)輔助設(shè)備同步前行，無(wú)需裝配人員進(jìn)行多余輔助，解放裝配人員裝配過(guò)程，將裝配人員的勞動(dòng)量降至最低。

6 應(yīng)用總結(jié)

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備從提出議題到成功實(shí)施，前提是充分進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)裝配調(diào)研，并利用工藝及其它數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。收集多途徑的資料信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)及信息匯總，按照思路及方案要求逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，最后現(xiàn)場(chǎng)試用。充分聽取裝配人員意見進(jìn)行改進(jìn)，解決細(xì)微問(wèn)題。

駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用，解決了現(xiàn)場(chǎng)裝配中的實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)以機(jī)帶人，大幅降低了裝配人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。通過(guò)駕駛室翻轉(zhuǎn)輔助設(shè)備的研制，提升了技術(shù)及維修人員的技術(shù)、技能水平，并增強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為其它輔助類設(shè)備的研制開拓了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉.重型卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)研究.2018，17：168-171.