淺析模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備對(duì)總裝的影響

何晨曦

淺析模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備對(duì)總裝的影響

何晨曦

（上汽通用汽車有限公司，上海 200000）

模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備擁有監(jiān)控提示，實(shí)現(xiàn)了輪胎工位不同類型螺母供料的自動(dòng)排序及監(jiān)控，優(yōu)化了汽車生產(chǎn)線輪胎工位的生產(chǎn)工藝，提高了輪胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。該設(shè)備具有很好的實(shí)用性和靈活性，可適用于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景。文章歸納總結(jié)模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)與機(jī)制，論述模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用對(duì)安裝效率的積極影響。

汽車；輪胎螺母；排序；監(jiān)控

1 汽車輪胎螺母的概述

1885年德國(guó)奔馳公司制造了世界上第一臺(tái)三輪汽車，從此輪轂成為汽車車輪最為重要部件，對(duì)于汽車的整體行駛穩(wěn)定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性及外觀形象都有著重要的影響，輪胎螺母更是必不可少的緊固零件了。

輪胎螺母是用來固定汽車外輪轂的專用螺母，因?yàn)檩喬ヂ菽傅牟淮_定性，所以目前仍沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是一般型號(hào)和普通六角螺母大致，也是有M12-M42中間的各種型號(hào)。硬度分為4級(jí)到12級(jí)不等，表面處理一般分為鍍彩鋅和鍍白鋅兩種，且一般為冷電鍍鋅。輪胎螺母和普通六角螺母相比較，輪胎螺母一般都比同等規(guī)格的六角國(guó)標(biāo)螺母要厚，而且一般都為細(xì)牙，螺紋牙距也大致為1.5毫米和2.0毫米兩種，外形和六角螺母一樣都為等邊六角形，不過在螺母的一頭會(huì)有一個(gè)錐度，錐度的里面有的會(huì)有一個(gè)臺(tái)階用來放置尼龍墊圈作為鎖緊用，有的則沒有臺(tái)階；而有的輪胎螺母在錐形部位有個(gè)法蘭，且一般外部有法蘭的，內(nèi)部才會(huì)有一個(gè)臺(tái)階放置尼龍墊圈，而一般的大致為六角螺母帶錐形。部分轎車為追求輪轂美觀，其輪胎螺母為如同蓋型螺母一樣有個(gè)蓋子，而有的外形呈多層臺(tái)階狀，均是為了汽車輪轂整體美觀而刻意設(shè)計(jì)的，和一般輪胎螺母效果一樣。

同廠的不同車型，根據(jù)車的自重與排量的不同，輪胎螺母的數(shù)量規(guī)格都不同。不同螺母的螺絲機(jī)構(gòu)、軸向力、螺紋扭矩、螺紋摩擦系數(shù)、端面摩擦系數(shù)、端面扭矩等等都不相同。生產(chǎn)過程中，總裝車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。

2 汽車輪胎螺母排序監(jiān)控技術(shù)的必要性

2.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著汽車生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷革新與優(yōu)化，多個(gè)車型在總裝車間進(jìn)行混線生產(chǎn)已是大型車企發(fā)展的必然趨勢(shì)，使得總裝車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。同時(shí)，隨著新車型的不斷增加，在輪胎安裝工位的緊固螺母種類也在持續(xù)增多。目前國(guó)內(nèi)整車制造廠尚無此類輪胎螺母排序設(shè)備。

2.2 研究驅(qū)動(dòng)

一方面，在工位數(shù)量不增加的前提下，為了保證生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)計(jì)并使用一種支持多種類型的、小型化的、模塊化的、組合式的輪胎螺母自動(dòng)排序及監(jiān)控設(shè)備，已然成為提高總裝車間生產(chǎn)效率的重要方向。

另一方面，隨著同一工廠產(chǎn)品平臺(tái)的不同，輪胎螺母種類在持續(xù)增加，需要研究小型的螺母排序機(jī)，以提高生產(chǎn)效率。

2.2.1輪胎螺母排序監(jiān)控設(shè)備的可行性

為了完成以上優(yōu)化目標(biāo)，需要一種模塊化的，可通過組合方式實(shí)現(xiàn)多種類型螺母自動(dòng)排序及監(jiān)控的設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)了輪胎工位不同類型螺母供料的自動(dòng)排序及監(jiān)控，優(yōu)化了汽車生產(chǎn)線輪胎工位的生產(chǎn)工藝，提高了輪胎螺母供料效率，具有很好的拓展性。

2.2.2輪胎螺母排序監(jiān)控設(shè)備的實(shí)用性

在新項(xiàng)目導(dǎo)入時(shí)期，輪胎螺母種類多，由于產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化原因，有些螺母無法統(tǒng)一，使得現(xiàn)有震蕩設(shè)備占地空間大。受限于工位空間，故需要更小巧，更精益的輪胎螺母排序機(jī)，同時(shí)包含監(jiān)控措施。

3 模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備的方案

模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備的方案如下所示：

（1）上料：操作工從螺母料架上面拿料，將螺母倒入振動(dòng)上料器的料倉(cāng)，通過振動(dòng)將螺母進(jìn)入送料轉(zhuǎn)盤。

（2）設(shè)備檢測(cè)到螺母數(shù)量足夠時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)；螺母通過送料器進(jìn)入轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使螺母在落料滑道上排序完成，通過送料管下方的氣源，將螺母自動(dòng)送入螺母排序盤。

（3）排序盤里螺母排滿后，系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不再送螺母，氣缸將送料管縮回，操作工將排序好的螺母取走，系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 設(shè)備機(jī)制

整個(gè)設(shè)備包括振動(dòng)上料器、送料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、螺母滑道、送料管、螺母排序盤、電控制柜。設(shè)備上料方式為操作工從螺母料架上取料，倒入料倉(cāng)；振動(dòng)上料器檢測(cè)到螺母數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)值后，通過振動(dòng)將螺母送進(jìn)送料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)；送料轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從振動(dòng)上料器進(jìn)入的螺母，通過送料轉(zhuǎn)盤內(nèi)部軌道的排序，在螺母滑道上完成螺母排序；送料管安裝在螺母滑道末端；其下方的高壓氣源，將螺母沿著送料管自動(dòng)送入螺母排序盤；待螺母排序盤中的螺母排滿后，氣缸驅(qū)動(dòng)送料管自動(dòng)縮回，操作工使用工裝取走已排序好的螺母。

如圖1所示，動(dòng)送料器料倉(cāng)內(nèi)安裝有兩個(gè)用于檢測(cè)料倉(cāng)使用容量的限位器，分別位于80%和10%部位。送料轉(zhuǎn)盤采用圓形形狀，豎直排布，通過下方的驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)送料轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。送料轉(zhuǎn)盤內(nèi)部軌道與一般的旋轉(zhuǎn)送料機(jī)構(gòu)相似。但是為了避免螺母與軌道之間的磨損，振動(dòng)上料器、送料轉(zhuǎn)盤、螺母滑道的內(nèi)部表面涂有潤(rùn)滑油脂。螺母滑道的下末端與送料管藕接，送料管下方可噴射高壓氣流，用于送料管內(nèi)輸送螺母。送料管可在氣缸的作用下向左端伸縮。螺母排序盤在電控制柜的作用下，可圍繞中心進(jìn)行限位旋轉(zhuǎn)。螺母排序盤可容納5枚螺母，當(dāng)送料管落下一個(gè)螺母后，電機(jī)帶動(dòng)螺母排序盤旋轉(zhuǎn)72度，直到螺母排序盤的5枚螺母排滿，電控制柜發(fā)送系統(tǒng)停止指令，系統(tǒng)停止送料，送料管縮回。

圖1 設(shè)備示意圖

3.2 設(shè)備邏輯控制

輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備控制邏輯示意如圖2所示。設(shè)備采用振動(dòng)上料器的螺母數(shù)量達(dá)到80%后，自動(dòng)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行振動(dòng)送料；與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，維持送料轉(zhuǎn)盤地持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)送料。當(dāng)振動(dòng)上料器螺母數(shù)量低于10%后，電控制柜發(fā)送驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止指令；與此同時(shí)，設(shè)備停止送料。該設(shè)備采用持續(xù)監(jiān)控螺母排序盤螺母數(shù)量的控制策略，當(dāng)螺母排序盤未排滿時(shí)，送料管伸出落于螺母排序盤進(jìn)行送料；當(dāng)螺母排序盤排滿后，電控制柜給驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送停止指令，系統(tǒng)停止送料；與此同時(shí)，電控制柜通過氣缸控制送料管收縮，離開螺母排序盤。設(shè)備電控系統(tǒng)根據(jù)振動(dòng)上料器和螺母排序盤的狀態(tài)，周期性地進(jìn)行送料，進(jìn)一步節(jié)省了能源。

圖2 控制邏輯示意圖

3.3 多種類螺母使用場(chǎng)景的應(yīng)用方案

該設(shè)備采用模塊式設(shè)計(jì)，可依據(jù)用戶實(shí)際使用螺母的種類，增加或減少設(shè)備數(shù)量。其中一種設(shè)計(jì)方式為4x2上下兩層設(shè)計(jì)方式，結(jié)構(gòu)小巧（如附圖3），可同時(shí)支持8種類型的螺母進(jìn)行排序和監(jiān)控排序，每個(gè)泵使用新型的控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，互不干擾。不僅實(shí)現(xiàn)了汽車生產(chǎn)線輪胎螺母排序設(shè)備的模塊化，也提高了工廠的柔性化生產(chǎn)水平，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖3 多種類螺母使用場(chǎng)景的模塊化組合示意圖

4 模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備對(duì)總裝的影響

在汽車主機(jī)廠平臺(tái)車型增加、多車型混線生產(chǎn)要求出現(xiàn)、人力成本攀升和生產(chǎn)交貨期縮短的壓力下，總裝車間對(duì)于先進(jìn)裝配技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備的敏感性大大提高，故應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備可以顯著提高裝配穩(wěn)定性。

在總裝車間，隨著汽車生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷革新與優(yōu)化，多個(gè)車型進(jìn)行混線生產(chǎn)已是大型車企發(fā)展的必然趨勢(shì)?？傃b車間輪胎安裝工位需要安裝多種尺寸的輪胎螺母。隨著新車型的不斷增加，在輪胎安裝工位的緊固螺母種類也在持續(xù)增多。模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備對(duì)提升總裝效率有著積極的貢獻(xiàn)。

4.1 提高生產(chǎn)效率

在如今產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短及制造節(jié)拍加快的趨勢(shì)下，模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之后，可以顯著提升裝配效率和降低制造成本。該設(shè)備投入應(yīng)用后，可減少員工取料時(shí)間浪費(fèi)。

4.2 方便設(shè)計(jì)靈活應(yīng)用

模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備新采用模塊化設(shè)計(jì)，可有效匹配因后續(xù)螺母種類增加或刪減而導(dǎo)致的變化。該設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了汽車生產(chǎn)線輪胎螺母排序設(shè)備的模塊化，也提高了工廠的柔性化生產(chǎn)水平，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)此設(shè)備占地空間小，更具有柔性，實(shí)用性極大。

5 結(jié)論

一條柔性化總裝線上，可能同時(shí)存在兩種甚至更多的車型，將錯(cuò)綜復(fù)雜的裝配工藝完成得高效且精準(zhǔn)是非常不容易的。同廠的不同車型，根據(jù)車的自重與排量的不同，輪胎螺母的數(shù)量規(guī)格都不同。在工位數(shù)量不增加的前提下，為了保證生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)計(jì)并使用一種支持多種類型的、小型化的、模塊化的、組合式的輪胎螺母自動(dòng)排序及監(jiān)控設(shè)備，已然成為提高總裝車間生產(chǎn)效率的重要措施。首先，模塊化輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備擁有監(jiān)控提示，可減少員工取料時(shí)間浪費(fèi)，加快生產(chǎn)節(jié)拍。其次，該設(shè)備柔性度高，適合于流水線同工位多種類螺母的篩選排序及監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景。增加總裝核心競(jìng)爭(zhēng)力，引領(lǐng)智能制造的發(fā)展是未來總裝發(fā)展的必然趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化、監(jiān)控化、模塊化的輪胎螺母自動(dòng)排序監(jiān)控設(shè)備，對(duì)總裝生產(chǎn)具有積極貢獻(xiàn)和創(chuàng)新意義。

Analysis the Effect of the Modular Monitor Equipment for Tire Nut Auto-sorting on Assembly

He Chenxi

( SAIC General Motors, Shanghai 200000 )

The modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting with Monitor tips can effectively avoid reducing the cycle time, and product stability. The equipment has good practicability and flexibility. Also, it’s suitable for sorting and monitoring application scenarios of various types of nuts at the same station in the production line. This paper summarize the structure and mechanism of the modular Monitor equipment for tire nut auto-sorting and discuss the positive influence of this device on assembly efficiency.

Automobile; Tire nuts; Sorting; Monitor

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.041

U466

A

1671-7988(2021)02-126-03

U466

A

1671-7988(2021)02-126-03

何晨曦，男，本科，現(xiàn)任上汽通用汽車有限公司整車制造工程總裝工藝工程師，負(fù)責(zé)先期工藝規(guī)劃與新項(xiàng)目在總裝車間的投產(chǎn)工作。在項(xiàng)目前期分析新車型在目標(biāo)工廠的可制造性，推動(dòng)設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn)滿足制造要求；在項(xiàng)目中期和后期負(fù)責(zé)車間工裝設(shè)備開發(fā)和落地及現(xiàn)場(chǎng)造車問題的推進(jìn)和解決等工作。