涂裝車間基于自動(dòng)化噴涂方案下雙鏈輸送技術(shù)分析

司世雄，宋江勇，張利男

(山西科技學(xué)院 智能制造工程學(xué)院，山西 晉城 048000)

0 引言

現(xiàn)代涂裝產(chǎn)業(yè)基本為機(jī)器人自動(dòng)化作業(yè)，其噴涂產(chǎn)品的機(jī)械化輸送質(zhì)量也需達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。目前涂裝車間噴涂機(jī)械化輸送主要是工藝雙鏈傳動(dòng)[1]，在實(shí)際工廠生產(chǎn)中鏈條運(yùn)行存在著爬行卡頓、滑橇橇體打滑現(xiàn)象。這些問題會(huì)導(dǎo)致噴涂跟隨輸送系統(tǒng)上待噴涂的產(chǎn)品與噴涂機(jī)器人的運(yùn)行速度不同步，導(dǎo)致噴涂到產(chǎn)品上的油漆不均勻，影響產(chǎn)品成型漆膜質(zhì)量[2]。且鏈條在噴房高溫高濕的漆霧環(huán)境中，若工作運(yùn)行狀態(tài)不良，則極易出現(xiàn)打滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致噴涂機(jī)器人輸送車身之間的間距報(bào)警，造成生產(chǎn)線停線[3]。涂裝車間采用自動(dòng)噴涂，除了可以提升效率、穩(wěn)定質(zhì)量外，更有消除污染工位作業(yè)、提高涂料利用率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的作用?，F(xiàn)有汽車涂裝生產(chǎn)線底部的粗細(xì)密封和油漆內(nèi)噴成為了主流新建線的標(biāo)配。因此涂裝的高自動(dòng)化率以及產(chǎn)品競爭的高品質(zhì)要求都對(duì)機(jī)械化輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求[4]。

1 雙鏈條輸送的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

雙鏈條輸送結(jié)構(gòu)主要由機(jī)首驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、中間段軌道機(jī)構(gòu)、機(jī)尾張緊機(jī)構(gòu)和自動(dòng)潤滑裝置四部分組成。

機(jī)首驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由無動(dòng)力導(dǎo)向輥?zhàn)印Ⅱ?qū)動(dòng)鏈輪和上下鏈條導(dǎo)軌等組成，如圖1所示。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪由安裝在噴房室體外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器通過傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，避免噴房室體內(nèi)的惡劣環(huán)境對(duì)其壽命的影響。無動(dòng)力導(dǎo)向輥?zhàn)訛榛笋偝龉に囨湑r(shí)提供導(dǎo)向，使其能正確步入下一個(gè)輸送設(shè)備。

1-無動(dòng)力導(dǎo)向輥?zhàn)樱?-驅(qū)動(dòng)鏈輪；3-上下鏈條導(dǎo)軌

中間段軌道機(jī)構(gòu)由壁板和上下鏈條支撐導(dǎo)軌組成，如圖2所示。雙工藝鏈條在上下支撐導(dǎo)軌中循環(huán)運(yùn)行，并起到導(dǎo)向支撐作用，防止鏈條運(yùn)行平面與鏈輪的平面不一致，出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。軌道壁板在鏈條外側(cè)安裝，對(duì)鏈條具有防護(hù)作用，防止漆霧的污染[5]。

1-工藝鏈條；2-壁板；3-上下導(dǎo)軌；4-C型支座

機(jī)尾張緊機(jī)構(gòu)[6]主要由兩個(gè)從動(dòng)鏈輪、張緊裝置和無動(dòng)力導(dǎo)向輥?zhàn)咏M成，如圖3所示。無動(dòng)力導(dǎo)向輥為撬體駛?cè)牍に囯p鏈提供導(dǎo)向。兩個(gè)從動(dòng)鏈輪分別安裝在各自的滑塊上，鏈條在鏈輪、張緊擋條和彈簧的作用下處于張緊狀態(tài)，當(dāng)載荷不一樣時(shí)，可以移動(dòng)碟形彈簧的調(diào)節(jié)螺栓使鏈條改變?cè)械膹埦o狀態(tài)，使新的張緊狀態(tài)與當(dāng)前載荷相匹配。

1-無動(dòng)力導(dǎo)向輥?zhàn)樱?-從動(dòng)鏈輪；3-張緊裝置

自動(dòng)潤滑裝置根據(jù)驅(qū)動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速對(duì)鏈條各板鏈之間的連接處、軸承處進(jìn)行加油潤滑。加油嘴在鏈條一側(cè)各有兩個(gè)，一處潤滑內(nèi)鏈板與滾筒(如圖4的1處位置)，另一處潤滑內(nèi)板鏈與外板鏈(如圖4的2處位置)。自動(dòng)潤滑裝置利用電子產(chǎn)品助力自動(dòng)加注,保證潤滑周期,自動(dòng)調(diào)控出油量,減少了鏈條故障,降低了鏈條的消耗[7],提高了設(shè)備可開動(dòng)率。重視潤滑工作是保證生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)、減少檢修時(shí)間、延長設(shè)備使用壽命的主要途徑之一。

圖4 自動(dòng)潤滑的位置

在雙鏈輸送機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸的外伸部分安裝有跟蹤編碼器，輸送線上安裝有信號(hào)傳感器，可檢測機(jī)器人與輸送系統(tǒng)之間的連鎖跟隨運(yùn)送。噴涂機(jī)器人系統(tǒng)負(fù)責(zé)與輸送系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)互鎖信號(hào)對(duì)接，自動(dòng)接收這些信號(hào)，包含輸送系統(tǒng)產(chǎn)品工件的啟動(dòng)運(yùn)行、急停及準(zhǔn)備就緒等，從而實(shí)現(xiàn)雙鏈輸送系統(tǒng)上工件的運(yùn)動(dòng)與機(jī)器人噴涂運(yùn)動(dòng)達(dá)到跟隨的效果。

2 噴漆工藝雙鏈在工作中易出現(xiàn)的問題及危害

噴漆工藝雙鏈在工作中易出現(xiàn)鏈條爬行抖動(dòng)、撬體打滑這兩類問題，而在機(jī)器人自動(dòng)高速的噴漆作業(yè)中，這兩類問題會(huì)引起車身噴涂質(zhì)量問題及生產(chǎn)線因報(bào)警停線事件，從而影響車間的生產(chǎn)計(jì)劃。具體的影響如下：

(1) 鏈條的爬行抖動(dòng)、運(yùn)行速度不平穩(wěn)，會(huì)產(chǎn)生有害的動(dòng)載荷，給鏈輪、鏈條的使用壽命帶來不利的影響。

(2) 機(jī)器人自動(dòng)噴涂車身過程中，車身在爬行抖動(dòng)的鏈條上運(yùn)行，機(jī)器人會(huì)默認(rèn)以工藝鏈設(shè)計(jì)的鏈速進(jìn)行均勻噴涂，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際車身上的成型漆膜不均勻，出現(xiàn)光澤低、橘皮[8]等現(xiàn)象。

(3) 撬體在鏈條上打滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致待噴涂車身之間節(jié)距超出機(jī)器人允許的節(jié)距值，導(dǎo)致報(bào)警停線。

(4) 鏈條運(yùn)行速度不穩(wěn)定、抖動(dòng)導(dǎo)致車身后背門顫動(dòng)，使工裝夾具可能掉下，或者在機(jī)器人噴涂過程中干涉到旋杯[9]等噴涂工具。

3 問題分析及解決措施

3.1 鏈傳動(dòng)工作原理及制造安裝分析

鏈傳動(dòng)是通過鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。鏈傳動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)，與帶傳動(dòng)相比，無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比較為準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。但是也有缺點(diǎn)，鏈傳動(dòng)在工作過程中由于其“多邊形效應(yīng)”[10]原理，鏈條及從動(dòng)輪做周期性變速運(yùn)動(dòng)，其鏈條上的車身也會(huì)作變速運(yùn)動(dòng)，從而引起附加的動(dòng)載荷。其動(dòng)載荷的大小與鏈條和回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量、加速度有關(guān)。

鏈條變速運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)載荷Fd1為：

Fd1=mac.

(1)

其中：m為緊邊鏈條的質(zhì)量；ac為鏈條的瞬時(shí)加速度。

(2)

其中：vx為鏈條沿前進(jìn)方向的水平分速度；R1為驅(qū)動(dòng)鏈輪的分度圓半徑；ω1為驅(qū)動(dòng)鏈輪的角速度；β為驅(qū)動(dòng)輪上鏈條最后一節(jié)進(jìn)入嚙合的圓周速度與水平線的夾角。

鏈條的速度v可以分解為前進(jìn)的水平分速度vx和上下的顫動(dòng)分速度vy，如圖5所示。

圖5 鏈條鏈輪嚙合示意圖

當(dāng)β=±180°/Z1(Z1為驅(qū)動(dòng)鏈輪齒數(shù))時(shí)，最大ac為：

(3)

其中：P為鏈條節(jié)距，P=2R1sin(180°/Z1)。

從動(dòng)鏈輪變速運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)載荷Fd2為：

(4)

其中：J為整個(gè)從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[11]；R2為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑；ω2為從動(dòng)鏈輪的角速度。

從式(3)和式(4)中可以看出，齒數(shù)越少、鏈條節(jié)距越大、驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速越高，則傳動(dòng)所帶來的動(dòng)載荷越大。但式(3)和式(4)計(jì)算公式忽略了實(shí)際現(xiàn)場安裝質(zhì)量所帶來的阻力影響，動(dòng)載荷數(shù)值大小宏觀上直接與鏈條運(yùn)行速度變化的激烈程度有關(guān)。在實(shí)際現(xiàn)場鏈條運(yùn)動(dòng)速度越慢，其運(yùn)行阻力越大，動(dòng)載荷越大。

經(jīng)過現(xiàn)場測試和對(duì)工藝鏈運(yùn)行的觀察，發(fā)現(xiàn)中間段的壁板、上下導(dǎo)軌、鏈輪安裝精度較低，安裝對(duì)中性差造成鏈條有爬行現(xiàn)象。鏈條槽體內(nèi)側(cè)壁板間距設(shè)計(jì)尺寸為100 mm，實(shí)測槽體內(nèi)側(cè)壁板間距某些部位僅為98 mm。在這些偏差較大的部位，鏈條與導(dǎo)軌、導(dǎo)槽間的運(yùn)動(dòng)阻力較大，最終造成鏈輪中心線與導(dǎo)軌的中心線不重合，形成了“鏈齒切鏈”現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 “鏈齒切鏈”現(xiàn)象

經(jīng)過對(duì)鏈輪、鏈條導(dǎo)軌的調(diào)整，槽體壁板的平面度修正，及重新調(diào)整張緊裝置，爬行現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

3.2 潤滑分析

若在工作中潤滑位置發(fā)生錯(cuò)誤，或者加入的潤滑油量大，在這種情況下會(huì)使鏈條中間的滾筒、導(dǎo)軌粘上油，則將使整個(gè)鏈條滾筒和導(dǎo)軌間的靜摩擦不足使其無法滾動(dòng)，出現(xiàn)滑動(dòng)、間歇式滑動(dòng)及滾動(dòng)現(xiàn)象[12]，短期內(nèi)在滾筒上多增加潤滑油，可使兩者間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)減小，但從長遠(yuǎn)角度分析，滑動(dòng)狀態(tài)會(huì)加劇鏈條磨損，且生產(chǎn)過程中會(huì)浪費(fèi)大量潤滑油。解決措施為：采用高壓高溫水槍對(duì)整個(gè)雙鏈及軌道進(jìn)行沖洗，調(diào)整自動(dòng)加油機(jī)的加油位置及加油量，并檢查整個(gè)鏈條滾筒軸承是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，使其在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)始終為良好的滾動(dòng)狀態(tài)。

3.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析

輸送鏈上支撐工件的撬體有時(shí)會(huì)出現(xiàn)打滑，造成噴涂機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)工件間距的報(bào)警。經(jīng)過大量的觀察測量，撬體在進(jìn)入工藝雙鏈時(shí)會(huì)上下波動(dòng)。當(dāng)撬體剛進(jìn)入工藝雙鏈時(shí)，第一個(gè)與撬體接觸的C型支座在A～C之間運(yùn)動(dòng)(如圖7所示)，其在A～B區(qū)間時(shí)，由于從動(dòng)鏈輪的“多邊形效應(yīng)”，使撬體有一個(gè)向上的波動(dòng)；在B～C區(qū)間由于此間段無導(dǎo)軌支撐，在車身載荷作用下撬體會(huì)有一個(gè)向下的波動(dòng)，如此撬體在A～C區(qū)間存在的上下高度位置差，易使其發(fā)生打滑。

圖7 鏈條與機(jī)尾示意圖

設(shè)計(jì)工藝雙鏈時(shí)，應(yīng)降低從動(dòng)鏈輪及張緊裝置高度，前移導(dǎo)向滾輪位置。當(dāng)撬體進(jìn)入雙鏈時(shí)，兩者的第一個(gè)接觸位置已在導(dǎo)軌上，即C點(diǎn)沿工件運(yùn)行方向以后的位置。剛轉(zhuǎn)過從動(dòng)鏈輪的雙鏈，其上的C型支座也不再因高度差問題碰觸撬體，這樣撬體進(jìn)入工藝雙鏈時(shí)不再會(huì)上下波動(dòng)，也不再出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文針對(duì)機(jī)器人自動(dòng)噴涂下的工藝雙鏈易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，得出其運(yùn)行不良的主要原因有3個(gè)：設(shè)備安裝精度低所帶來的阻力、從動(dòng)鏈輪及張緊裝置設(shè)計(jì)不合理及鏈條運(yùn)行的“粘著打滑”。經(jīng)過對(duì)以上三方面改進(jìn)，工藝雙鏈的運(yùn)行不再出現(xiàn)打滑、爬行等現(xiàn)象，本文采取的解決措施可供相關(guān)專業(yè)人士參考。