汽車發(fā)動機(jī)缸蓋自動裝配生產(chǎn)線設(shè)計

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責(zé)任公司，哈爾濱150000）

0 引 言

近些年來汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，其中發(fā)動機(jī)是汽車的靈魂所在，發(fā)動機(jī)的質(zhì)量性能如何至關(guān)重要，如何降低發(fā)動機(jī)生產(chǎn)成本，并保證質(zhì)量性能是目前面臨的課題。國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家多采用全自動化裝配生產(chǎn)線，而國內(nèi)受制于資金和技術(shù)所限，一部分有實(shí)力的汽車廠商實(shí)現(xiàn)全自動化，還有一部分停留在半自動化階段。

根據(jù)目前情況，本著提高生產(chǎn)效率、提高質(zhì)量和互換性、節(jié)約成本的思想嘗試設(shè)計一種自動化生產(chǎn)線，主要要解決生產(chǎn)線工藝的設(shè)計、裝配生產(chǎn)線的布局、傳動系統(tǒng)和動力系統(tǒng)設(shè)計等問題。目前的難題是提高汽車發(fā)動機(jī)自動裝配生產(chǎn)線的水平，因?yàn)閺钠嚬I(yè)發(fā)展來看，發(fā)動機(jī)的裝配程度已經(jīng)限制了汽車自動化生產(chǎn)的水平。選建生產(chǎn)線時要著重考慮生產(chǎn)線的型式、條數(shù)、長度、勞動量等因素，以便達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

1 發(fā)動機(jī)缸蓋自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計

1.1 生產(chǎn)工藝的設(shè)計

根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有成型的裝配工藝，整個流程設(shè)計（如圖1）為：1）進(jìn)出氣門的裝配。在完成發(fā)動機(jī)缸蓋加工以后，按順序先安裝進(jìn)出氣門，注意氣門必須排列規(guī)整，氣門對正后，機(jī)械手壓彈簧，將鎖夾置于氣門桿凹槽處。反之彈簧壓緊鎖夾，楔型嵌入斜面并鎖住。發(fā)動機(jī)缸蓋如圖2所示，進(jìn)出氣門結(jié)構(gòu)如圖3所示。2）進(jìn)出氣門的裝配檢驗(yàn)。檢驗(yàn)鎖塊位置的正確，丟失或鎖夾沒有嵌入槽內(nèi)屬不合格產(chǎn)品返廠返修，反復(fù)檢驗(yàn),合格為止。3）進(jìn)出氣門的清洗。除去氣門的雜質(zhì)和灰塵對于氣密性而言極其重要，經(jīng)過對比振動清洗和高壓空氣清洗的優(yōu)劣，最終確定采用高壓空氣清洗氣門達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。4）進(jìn)出氣門的清洗檢驗(yàn)。檢驗(yàn)清洗氣密性是至關(guān)重要的一道工序，合格則進(jìn)入下一工序，不合格則返回，直到合格為止。4）螺栓的裝配。本工序?yàn)樽詣影惭b螺栓的工步，通過振動整料器使墊片和螺栓對準(zhǔn)發(fā)動機(jī)缸蓋上的螺孔,用機(jī)械手放置入墊片，然后擰緊螺栓。5）螺栓的裝配檢驗(yàn)。檢驗(yàn)螺栓裝配效果，分析各種裝配錯誤的情況，并由高度傳感器檢測。

圖1 流程設(shè)計圖

圖2 發(fā)動機(jī)缸蓋

1.2 裝配生產(chǎn)線的總體設(shè)計

根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中的工藝要求，生產(chǎn)節(jié)拍為60 s，綜合考慮生產(chǎn)線的占地、生產(chǎn)節(jié)拍、工人工作的最佳高度等因素，整個生產(chǎn)線的整體布局如圖4所示。

圖4 裝配生產(chǎn)線總體設(shè)計

2 主要零部件設(shè)計

2.1 傳動設(shè)計

生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)是一個連續(xù)的工作過程, 這里選用鏈傳動,因?yàn)檫@樣可以利用中間的空隙，兩鏈輪中間可以安放停止氣缸和提升氣缸。把發(fā)動機(jī)蓋放在一個托盤上,托盤放在傳動鏈上,依靠摩擦力使發(fā)動機(jī)和托盤隨傳動鏈的滾動而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。電動機(jī)選用帶有減速器的類型，則電動機(jī)輸出軸可通過鏈傳動把轉(zhuǎn)矩和功率傳給輥?zhàn)虞S之間交替通過鏈傳動來傳遞功率，具體形式如圖5所示。

圖5 傳動設(shè)計圖

電動機(jī)1連接一鏈輪，通過鏈傳動把動力傳給長鏈輪軸6，長鏈輪軸6帶動鏈輪2和輥?zhàn)?轉(zhuǎn)動，同時使生產(chǎn)線另一端的鏈輪軸同步驅(qū)動。一個鏈輪軸上安裝2個鏈輪，通過鏈輪的交替?zhèn)鲃樱瑤铀械逆溳嗇S5轉(zhuǎn)動，從而輥?zhàn)拥靡赞D(zhuǎn)動，通過摩擦使托盤和發(fā)動機(jī)缸蓋向前運(yùn)動。

2.2 停止氣缸和提升裝置

通過鏈傳動可以保證整個生產(chǎn)線連續(xù)工作，但在各個工序上必須要有一段停頓的裝配檢驗(yàn)時間。根據(jù)工藝要求每道工序完成時間為60 s。也就是說除去托盤和發(fā)動機(jī)缸蓋在2個工位之間行走的時間外, 在每道工序上托盤和發(fā)動機(jī)缸蓋必須停留50 s左右。這就要求有一個停止氣缸來定位各工序工件的精確位置。選用合適的停止氣缸在需要停止的工位上固定托盤，這樣可以準(zhǔn)確地定位托盤。當(dāng)前，市場上有這種停止氣缸裝置出售。選擇的停止氣缸的型號為RSH50-20DL。

同時，托盤隨輥?zhàn)拥臐L動而前進(jìn)，到對應(yīng)的工位時，由于停止氣缸作用使托盤和發(fā)動機(jī)停止前進(jìn)，傳感器立即給托盤底下的提升氣缸發(fā)出信號，提升氣缸接到信號后立即上升。

根據(jù)工藝要求氣缸向上運(yùn)動將托盤舉升5 mm，待工序完成后，傳感器再給氣缸發(fā)出信號，氣缸回程，然后托盤被放下繼續(xù)隨輥?zhàn)忧斑M(jìn)，進(jìn)入下一工序。

每個工位處的提升裝置可用液壓缸或氣動缸來控制驅(qū)動,但考慮工廠有集中供給的高壓空氣，同時進(jìn)出氣門的清洗和檢驗(yàn)也都要用到高壓空氣，所以所有控制裝置統(tǒng)一選用氣動裝置。其中由于各個工序?qū)Πl(fā)動機(jī)缸蓋和托盤所施加的力的大小、方向、作用點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩都不同，所以一般來說所選的氣缸也不應(yīng)該相同，由于本設(shè)計載荷工位的受力情況相差不多，所以為了簡單方便 只按照載荷最大的工序選擇一種氣缸。載荷最大的工序?yàn)檫M(jìn)出氣門的清洗檢驗(yàn)工序，其最大載荷為980 N，根據(jù)最大載荷選擇氣缸。選用的氣缸型號為TAIO 10A-6 FB80B50，其基本尺寸：缸徑D0=80 mm；行程S=50 mm。

2.3 托盤

托盤用于盛放發(fā)動機(jī)缸蓋，選用碳鋼材料。另外考慮生產(chǎn)線的通用性問題，決定采用2層托盤，上面一層用于固定盛放發(fā)動機(jī)，下面的托盤與輥?zhàn)咏佑|，可以配合以其他的托盤盛放其他型號的發(fā)動機(jī)。上托盤和發(fā)動機(jī)缸蓋之間、上下托盤之間用定位銷定位?？紤]到發(fā)動機(jī)缸蓋氣門氣密性檢驗(yàn)和氣門清洗過程中有高壓空氣通過，所以上托盤之間必須有可以排除空氣的縫隙。本設(shè)計用4個突起支撐發(fā)動機(jī)缸蓋。上托盤和下托盤之間用2個螺栓連接。具體的托盤結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.4 返修軌道的設(shè)計

氣門的裝配工序完成后，需要進(jìn)行氣門裝配檢驗(yàn)工序，檢驗(yàn)氣門裝配是否合格。若裝配不合格則需要進(jìn)行返修。返修后再送回到生產(chǎn)線中進(jìn)行下一工序。返修可為人工返修，也可以再設(shè)計一套返修設(shè)備。而返修軌道可以選擇有動力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，也可以選用無動力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)。具體形式有3種構(gòu)想。

圖6 托盤的結(jié)構(gòu)

1）選用無動力的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)若發(fā)動機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格需要返修時，完全通過人工手動把托盤拉進(jìn)返修軌道。進(jìn)行人工返修后，由工作人員把托盤沿軌道推進(jìn)生產(chǎn)線重新進(jìn)行檢驗(yàn)，若還是不合格，則重復(fù)上述返修直到檢驗(yàn)合格為止。選用無動力輸送機(jī)道的返修軌道如圖7所示。

圖7 方案一 無動力輥?zhàn)臃敌捃壍?/p>

2）選用有動力輥?zhàn)觽魉蛙壍?，?dāng)發(fā)動機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格時，提升助推裝置將提升托盤和不合格的發(fā)動機(jī)缸蓋并將其推入返修軌道。當(dāng)碰到遷移托盤時有動力輥?zhàn)油Ｖ馆斔蛣恿?，則托盤一個接一個地在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)上排好, 排滿后,托盤觸發(fā)傳感器，傳感器2發(fā)出信號,通知專門工作人員前來修理, 然后再逐個由工作人員手動開動送回輸送機(jī)，把修好的發(fā)動機(jī)缸蓋送回生產(chǎn)線1重復(fù)進(jìn)行檢驗(yàn)工序，若仍然不合格，則重復(fù)上述返修工序，直到合格為止。軌道設(shè)計如圖8所示。

3）用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)。若發(fā)動機(jī)缸蓋經(jīng)檢驗(yàn)不合格需返回重修時,機(jī)械手接到一個信號,把發(fā)動機(jī)和托盤一起抓離生產(chǎn)線,放到一邊, 由工作人員統(tǒng)一修理后,再一個一個抓回生產(chǎn)線,重復(fù)2工序。軌道和設(shè)備設(shè)計如圖9所示。

上述3種方案的分析比較：1）選用無動力輥?zhàn)邮‰?、設(shè)備簡單、造價低廉，但完全人工操作，要有專人負(fù)責(zé)，發(fā)動機(jī)有問題立刻手動拉離生產(chǎn)線，自動化程度較低，需要工人全天看守，對工人的要求較高，很容易由于工人的疏忽造成事故。2）選用有動力輥?zhàn)蛹腥斯し敌拊O(shè)備相對復(fù)雜,浪費(fèi)電力，但不用專人操作，半自動化。集中修理，不易出

圖8 方案二 有動力輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)返修軌道

圖9 方案三 用機(jī)械手

事故。3）選用機(jī)械手集中返修，設(shè)備復(fù)雜,造價高,但自動化程度很高，對人的要求不高，工作人員可以根據(jù)自己的時間安排定期進(jìn)行返修即可。

綜合考慮各種因素，我國的勞動力資源相對較充足，價格也相對較低。而設(shè)備的價格相對高得多，所以我們選用無動力輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)，完全人工返修，即選用方案1。

3 結(jié) 論

該設(shè)計著重研究了發(fā)動機(jī)裝配自動生產(chǎn)線的工藝流程和具體的結(jié)構(gòu)和部件的設(shè)計過程。主要設(shè)計完成了一條符合我國國情的汽車發(fā)動機(jī)自動裝配生產(chǎn)線。本課題針對傳動結(jié)構(gòu)，如何在低載荷、無沖擊的情況下既保證傳動精度又能盡量地減少成本展開了研究。在理論上對我國發(fā)動機(jī)缸蓋裝配生產(chǎn)線的發(fā)展和改建具有一定的參考價值。