（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳 州 5 45007）

各類現(xiàn)代化工廠的流水線作業(yè)中，吊具作為載體，掛載工件通過單條或多條輸送鏈的運輸，到達不同的工位，完成不同工序的工藝要求。其中，吊具通過不同輸送鏈之間的正常轉(zhuǎn)換，是保證吊具正常完成運輸工件任務(wù)的關(guān)鍵。

某廠涂裝車間，工藝復(fù)雜，工序多，吊具在不同工序所要求的鏈速、停留時間及工況條件都各不相同。當通過其中兩條工藝鏈（鏈Ⅰ、鏈Ⅱ）時，經(jīng)常出現(xiàn)一些報警、積放故障，影響流水線正常運行?，F(xiàn)以該車間為例，對此類問題進行了分析計算，并采取改進措施，結(jié)果不僅使吊具平穩(wěn)通過，而且故障也完全消失，保證了流水線的順暢運行，達到了預(yù)期目的。

1 設(shè)備運行及存在的故障

1.1 設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（1）吊具。吊具包括前鏟、第二小車、第三小車、尾鏟以及將它們連接起來的小車連桿。總長4 500 mm，見圖1。

圖1 吊具圖

（2）吊具前鏟（簡稱“前鏟”）。寬度 240 mm，通過小車連桿與其它小車相連，鏈條推頭帶動前鏟使吊具運行，見圖2。

圖2 推頭和前鏟圖

（3）推車機。運行速度156.69 mm/s，氣缸行程890 mm，運行時間5.68 s，在理想狀態(tài)下，吊具前鏟在推車機的推動下，由鏈Ⅰ站位b點通過c點到達m點，并在此等待，鏈Ⅱ推頭由k經(jīng)過c從后面推動吊具前鏟向前運行，見圖3。

圖3 推車機比較圖

（4）鏈條。輸送鏈相鄰兩個推頭之間的距離，稱為節(jié)距。鏈Ⅰ節(jié)距5 700 mm，鏈速32.237 mm/s；鏈Ⅱ節(jié)距800 mm，鏈速39.088 mm/s。

1.2 同步工藝介紹

鏈Ⅰ推頭帶動前鏟到達站位開關(guān)b點后，脫離吊具運行方向，前鏟在b點停止，并使站位開關(guān)有信號；接到信號指令，推車機推動前鏟到達m點前端；同時，鏈Ⅱ推頭經(jīng)過k點，由c點進入前鏟運行方向，到達m點帶走停留在m點的前鏟，通過e點進入30°下坡段，完成換鏈全過程，見圖4。

圖4 鏈Ⅰ、鏈Ⅱ同步示意圖

1.3 運行中原存在的故障

吊具通過軟鏈條吊掛工件，屬于柔性掛載方式，推車機推進速度快，沒有低速過渡段，吊具在推車機的帶動下，突然加速（推車機推出）及突然停止（推車機到位停止）時，工件均會產(chǎn)生劇烈晃動。

工件晃動有一定的隨機性，當推車機停止時，如果工件晃動方向與吊具運行方向相反，由于推車機推爪阻止了前鏟向回運行，前鏟夠保持在m點；當推車機推到位停止時，如果工件晃動方向與吊具運行方向相同，則吊具在工件慣性的帶動下向前沖出，經(jīng)常出現(xiàn)造成積放報警或滑坡故障，每天報警達9～11次，每次處理需4～6 min，有時甚至出現(xiàn)積放、滑坡工件報廢的事故。

2 對運行故障的分析計算

下面就其中關(guān)系進行分析。

2.1 計算之一

據(jù)已知數(shù)據(jù)：

推車機行程890 mm，運行時間5.68 s；

鏈Ⅱ鏈速39.088 mm/s。

在推車機推出到停止這段時間，鏈Ⅱ行程為

因推車機推出至行程頂端是m點，且前鏟中點是推頭掛載（連接）前鏟的位置，則推車機推爪動作至m點時，前鏟中心實際應(yīng)該所處位置為

即當前鏟中心到達m+240/2 mm點時，推頭前端面只要通過了m+240/2 mm點，則推頭將不會對前鏟的前進造成阻擋。

c點距離此時前鏟中心的位置為

因為 310-222=88 mm，推車機運行速度（156.69 mm/s）＞3#鏈運行速度（39.088 mm/s），所以當前鏟推出時，如若推頭在cm方向距離c點＞88 mm時，前鏟無法追上（錯過）這個推頭，將等待下一個推頭；

如若當前鏟推出時，推頭在cm方向距離c點＜88 mm時，則前鏟將追趕上這個推頭，并且推頭將會對前鏟的前進造成阻擋；

前鏟在推頭的阻擋和推車機的推動下積聚能量，最終滑出推頭，以很高的速度沖出，與前一臺吊具尾鏟積放或沖入30°下坡段，造成滑坡故障——工件報廢。

2.2 計算之二

當前鏟前端進入c點至前鏟后端出c點這個區(qū)間，如果有鏈Ⅱ進入c點，將會發(fā)生側(cè)擠故障。

前鏟前端至c點的距離為

前鏟前端運行至c點所需要的時間為

3 s時間內(nèi)鏈Ⅱ運行的距離為

因推頭厚度為30 mm，所以當前鏟推出時，如若推頭在ck方向，推頭前端面距離c點＜115–30=85 mm時，推頭先于前鏟進入c點，但是會阻擋前鏟前進；

如若當前鏟推出時，推頭在ck方向，推頭前端面距離c點＞85 mm時，則前鏟將與這個推頭同時進入c點，推頭會與前鏟上端形成“側(cè)擠”干涉。

前鏟后端至c點的距離為

前鏟后端運行至c點所需要的時間為

4.5 s時間內(nèi)，3#鏈運行的距離為

所以，當前鏟推出時，如若推頭在ck方向，推頭前端面距離c點小于175 mm時，則前鏟將與這個推頭同時進入c點，推頭會與前鏟上端形成“側(cè)擠”干涉；

如若當前鏟推出時，推頭在ck方向，推頭前端面距離c點＞175 mm時，則前鏟將先于這個推頭進入c點，推頭會在后面正常帶走前鏟，順利完成換鏈過程。

2.3 分析結(jié)論

實際運行中，前鏟到達b點（站位開關(guān)有信號）推車機推出時，鏈Ⅱ（連續(xù)運行）推頭可能處于ge之間的任何一個位置，前鏟和鏈Ⅱ推頭進入c點的時間和順序就非常重要。

根據(jù)上面的計算，我們得知：推車機推出前鏟時，鏈Ⅱ推頭處于不同位置，將會產(chǎn)生不同后果，列表如表1。

表1 分析計算結(jié)果表

3 采取的初步措施

3.1 增加排氣緩沖閥

為了減緩吊具前進時的慣性，又能保證推車機能夠迅速把吊具推進到位，通過排氣緩沖閥控制推車機推出運行速度，從而使吊具運行平穩(wěn)，工件無晃動。

3.2 設(shè)置3#鏈推頭檢測開關(guān)

為提高鏈Ⅰ、鏈Ⅱ同步效果，控制鏈Ⅱ推頭到達c點的時間，增加鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)。

（1）安裝鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)。推車機將前鏟推到位之后，必須盡快被推頭帶走。但是，3#鏈轉(zhuǎn)彎處是一個直徑為Φ 500 mm的導(dǎo)向光盤，考慮維修的方便，將鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)定在距離光盤切點（f點）300 mm的g點（見圖4）。

（2）改進推車機動作控制程序。改進前程序——當站位開關(guān)b點有信號時，推車機推出；改進后程序——當站位開關(guān)b點有信號和3#鏈推頭檢測開關(guān)同時有信號時，推車機推出。

4 對初步措施的驗算及效果

相關(guān)計算參數(shù)及位置關(guān)系見圖5。

圖5 同步計算示意圖

通過排氣緩沖閥，初步將推車機調(diào)整至如下數(shù)據(jù)：

氣缸行程（不變）890 mm；

運行速度59.33 mm/s；

運行時間15 s；

轉(zhuǎn)盤直徑Φ 500 mm；

鏈條寬40 mm；

鏈條圍繞光盤運行的弧度長為直徑Φ 540 mm的1/4圓周長

4.1 推頭不會阻礙前鏟前進

設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間，推車機立即動作將前鏟推出，此時推頭g前方最近推頭所在位置為d，當dg=800 mm時，

推車機推爪行程為

因cm=am-ac=190 mm；

推車機推爪運行時，推頭d的位置

所以，當推車機推出時，d推頭距離m點只有114 mm；

因為當推爪到達m點時，被推爪推動的前鏟中心實際到達位置是

推頭d前端運行至m+240/2點的行程為

推頭d前端運行至m+240/2點的時間為

在5.99s時間內(nèi)，推車機的行程為

因推車機推爪從運行至推動前鏟所需運行的距離為200 mm；

前鏟中心所到達的行程為

前鏟中心b點至m+240/2點的距離為

推頭d前端運行至m+240/2點時，前鏟中心距離d推頭后端面距離為

分析結(jié)論之一是：

g被觸動的瞬間，推車機立即推出，前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d。

4.2 推頭不會與前鏟側(cè)擠

設(shè)檢測開關(guān)g被推頭觸動且b有信號，推車機開始推出。推車機推爪a運行至c點所需要的時間為

鏈Ⅱ推頭前端面在11.798 s時間段的行程為

因為前鏟尾端到達c點，可以等同于推車機推爪a到達c點，推車機推爪到達c點時，g推頭所到達的位置是

分析結(jié)論之二是：

g被觸動的瞬間，推車機立即推出，前鏟后端到達c點時，g點推頭只運行至距離c點263 mm的位置，不會發(fā)生側(cè)擠故障。

4.3 b點等待鏈Ⅰ不會積放滑坡

設(shè)前鏟觸發(fā)占位開關(guān)b時，鏈Ⅱ推頭恰好通過g開關(guān)。

鏈Ⅰ推頭節(jié)距為5 700 mm；

吊具長度為4 500 mm；

相鄰前、后兩臺吊具前鏟、尾鏟之間的距離為

因為鏈Ⅱ推頭節(jié)距為800 mm，那么這個即將到來的推頭到達并觸動g開關(guān)的時間是

即還有20.47 s推車機才推出。

因推車機推爪與前鏟尾端有200 mm的空推距離，那么，推車機空推200 mm所用時間為

因為在20.47 s和3.37 s這兩個時間段，鏈Ⅰ還在正常運行，所以在這兩個時間段鏈Ⅰ運行距離是

此時，在b點等待的吊具尾鏟與下一臺吊具的前鏟的距離為

根據(jù)工作經(jīng)驗，實際運行中氣缸的氣壓并不穩(wěn)定，推車機的速度與鏈Ⅰ、鏈Ⅱ的鏈條運行速度也無法保持精確，一般來說，理論最短間距，需要大于其原運行間距的一半，即

因431.6mm＜600mm,可以得出分析結(jié)論之三是：

吊具前鏟在b點等待期間，到推車機推出時，后一臺吊具的前鏟最近雖仍能與尾鏟保持431.6 mm的距離，但考慮到相關(guān)設(shè)備運行量的變化，實際運行中還會存在一定風(fēng)險。

4.4 m+240/2點等待鏈Ⅰ不會積放滑坡

設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間，推車機立即動作將前鏟推出，前鏟被推車機推出到達de之間等待鏈Ⅱ推頭時，鏈Ⅱ推頭還沒到達，前鏟中心所處的位置為

m+240/2 mm至b點之間的距離為

推車機推出至前鏟到達m+240/2點的時間為15 s；

在15 s中，觸發(fā)g開關(guān)的鏈Ⅱ推頭實際行程是

此時，鏈Ⅱ推頭前端面距離前鏟中心的實際距離為

鏈Ⅱ推頭到達前鏟中心，帶走前鏟的時間為

鏈Ⅰ在15 s時間區(qū)間中的運行距離，即后一臺吊具前鏟的行程為

根據(jù)本文4.3節(jié)得出的結(jié)論之三，推車機推出時，后一臺吊具的前鏟與前一臺尾鏟的最短距離是431.6mm，b吊具前鏟中心被推至m+240/2 mm時，b吊具尾鏟與后一臺吊具前鏟之間的實際距離為

鏈Ⅰ在11.46 s時間區(qū)間中的運行距離為

前一臺吊具被鏈Ⅱ推頭帶走時，其尾鏟與后一臺吊具前鏟的距離為

根據(jù)工作經(jīng)驗，實際運行中氣缸的氣壓并不穩(wěn)定，推車機的速度與鏈Ⅰ、鏈Ⅱ的鏈條運行速度也無法保持精確，一般而言，理論最短間距，需要大于其原運行間距的一半，即

因為291.6 mm＜600 mm，可以得出結(jié)論之四是：

當前一個吊具前鏟被鏈Ⅱ推頭帶走時，后一臺吊具的前鏟雖仍能與尾鏟保持291.6 mm的最近距離，但考慮到相關(guān)設(shè)備運行量的變化，實際運行中還會存在一定風(fēng)險。

4.5 實施效果及分析

在實際使用過程中，雖然報警明顯減少，但是每天仍有2～3次報警。

通過跟蹤發(fā)現(xiàn)：當前鏟觸發(fā)占位開關(guān)b時，鏈Ⅱ推頭恰好通過g開關(guān)的情況下，前鏟錯過這個推頭，等待時間過長；此時鏈Ⅰ繼續(xù)運行，使兩臺吊具前鏟、尾鏟過于接近，增加了積放的風(fēng)險。

5 增補措施及驗算

為使進入鏈Ⅱ的前鏟盡快被帶走，增補了一些措施：保持開關(guān)信號時間延遲12 s，即當g點檢測開關(guān)被觸動并在被觸動的12 s的時間范圍內(nèi)，如結(jié)果站位開關(guān)b被觸動，則推車機推出。

5.1 推頭不會阻礙前鏟前進

驗算方法及結(jié)論與前述4.1節(jié)相同，即可以得出結(jié)論之一是：

（1）即使g被觸動的瞬間，推車機立即推出，前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d；

（2）在g被觸動后延時的11 s時間范圍內(nèi)，只會延遲推車機推出時間，前鏟中心在行程范圍內(nèi)也無法追上推頭d；

（3）前鏟中心無法追上推頭d，推頭d不會阻礙前鏟前進，前鏟不會因沖破推頭d的阻礙而彈出，即不會造成前后吊具尾鏟積放或滑坡故障。

5.2 推頭不會與前鏟側(cè)擠

設(shè)定鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動，且延時12 s的瞬間，推車機開始推出。

推車機推爪a運行至c點所需要的時間為

鏈Ⅱ推頭前端面在11.798 s時間段的行程為

鏈Ⅱ推頭前端面在12 s時間段的行程為

因前鏟尾端到達c點可以等同于推車機推爪a到達c點，推車機推爪到達c點時，g推頭所到達的位置是

因鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動且延時11 s的瞬間，推車機開始推出，g推頭前端面超前前鏟后端面206.121 mm到達c點；而且前鏟寬度為240 mm。

可以得出的結(jié)論是：在當前數(shù)據(jù)狀態(tài)下，前鏟進入c點時存在與鏈Ⅱ推頭干涉，發(fā)生側(cè)擠故障的故障，無法滿足使用要求。

6 調(diào)整數(shù)據(jù)及驗算和效果

根據(jù)仍然存在的故障問題，我們重新調(diào)整推車機運行速度，數(shù)據(jù)如下：

全部行程890 mm；

推進速度89 mm/s；

運行時間10 s。

為使推車機能夠及時將前鏟推出，把設(shè)定更改為：

當g點檢測開關(guān)被觸動，并在被觸動的10 s的時間范圍內(nèi)，如結(jié)果站位開關(guān)b被觸動，則推車機推出。

調(diào)整后的數(shù)據(jù)驗算，分述如下。

6.1 推頭不會阻礙前鏟前進

驗算方法及結(jié)論之一與前述4.1節(jié)相同。

6.2 推頭不會與前鏟側(cè)擠

設(shè)定鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動，且延時10 s的瞬間，推車機開始推出。

推車機推爪a運行至c點所需要的時間為

鏈Ⅱ推頭前端面在7.865 s時間段的行程為

鏈Ⅱ推頭前端面在10 s時間段的行程為

因為前鏟尾端到達c點，可以等同于推車機推爪由a到達c點，推車機推爪到達c點時，g推頭所到達的位置是

可以得出結(jié)論之二是：

（1）鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動且延時10 s的瞬間，推車機開始推出，g推頭前端面落后前鏟后端面25.805 mm到達c點；

（2）在g被觸動后瞬間至延時的10 s時間范圍內(nèi)，只會提前推車機推出時間，g推頭前端面落后前鏟后端面到達c點的距離，將＞25.805 mm；

（3）因g推頭前端面落后前鏟后端面到達c點的距離將＞25.805 mm，所以g推頭與前鏟進入c點時不會發(fā)生側(cè)擠故障。

6.3 b點等待鏈Ⅰ不會積放滑坡

設(shè)前鏟壓住占位開關(guān)b時，鏈Ⅱ推頭恰好延時超過10 s；

鏈Ⅰ推頭節(jié)距5 700 mm；

吊具長度4 500 mm；

相鄰前、后兩臺吊具前鏟、尾鏟之間的距離為

鏈Ⅱ推頭在10 s的延時時間內(nèi)，已經(jīng)運行的距離為

因為推頭節(jié)距為800 mm，那么這個即將到來的推頭距離g點的距離是

因為

這個即將到來的推頭，還要運行10.47 s將觸碰檢測開關(guān)g，即還有10.47 s，推車機才推出。

因推車機推爪與前鏟尾端有200 mm的空推距離，那么，推車機空推200 mm所用的時間為

因在10.47 s和2.247 s這兩個時間段，鏈Ⅰ還在正常運行，所以在這兩個時間段鏈Ⅰ運行距離是

此時，在b點等待的吊具尾鏟與下一臺吊具的前鏟的距離為

根據(jù)前述工作經(jīng)驗，790.15 mm＞600 mm，可以得出結(jié)論之三是：

吊具前鏟在b點等待期間，到推車機推出時，后一臺吊具的前鏟與前一臺吊具尾鏟最短距離為790.15 mm，且＞600 mm，不會造成積放故障。

6.4 前鏟在m+240/2點等待鏈Ⅰ不會積放

設(shè)鏈Ⅱ推頭檢測開關(guān)g被推頭觸動瞬間，推車機立即動作將前鏟推出，前鏟被推車機推出到達m+240/2點時，鏈Ⅱ推頭還沒到達。

m+240/2 mm至b點之間的距離為

推車機推出至前鏟到達m+240/2點的時間為10 s；

在10 s中，觸動g開關(guān)的鏈Ⅱ推頭實際行程是

此時，鏈Ⅱ推頭前端面距離前鏟中心的實際距離為

鏈Ⅱ推頭到達前鏟中心，帶走前鏟的時間為

鏈Ⅰ在10 s時間區(qū)間中的運行距離，即后一臺吊具前鏟的行程為

根據(jù)結(jié)論之三，推車機推出時，后一臺吊具的前鏟與前一臺尾鏟的最短距離是790.15 mm；則b吊具前鏟中心被推至m+240/2 mm時，b吊具尾鏟與后一臺吊具前鏟之間的實際距離為

鏈Ⅰ在16.456 s時間區(qū)間中的運行距離為

前一臺吊具被鏈Ⅱ推頭帶走時，其尾鏟與后一臺吊具的前鏟距離為

根據(jù)前述工作經(jīng)驗，677.3 mm大于600 mm，可以得出結(jié)論之四是：

當前一個吊具前鏟被鏈Ⅱ推頭帶走時，后一臺吊具前鏟與前一臺吊具的尾鏟還有677.3 mm的距離，且＞600 mm，因鏈Ⅱ速度大于鏈Ⅰ速度，所以兩臺吊具不會積放。

6.5 實施效果

通過本文6.1至6.4節(jié)的4個結(jié)論，各項數(shù)據(jù)都有了明顯改善，尤其是結(jié)論之三（790.15 mm）和結(jié)論之四（677.3 mm）最短距離數(shù)據(jù)均大于經(jīng)驗值，降低了運行中故障產(chǎn)生的風(fēng)險。

在實際運行中，吊具不僅能夠平穩(wěn)通過，且相應(yīng)的報警、積放故障也完全消失。

7 結(jié)束語

在模鍛輸送鏈中，同步的故障率較高，處理的關(guān)鍵在于不同鏈速、節(jié)距及相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇和調(diào)配。這種分析和計算的方法，不僅在輸送鏈中適用，在其他輸送設(shè)備的過渡段也同樣適用。

[1]邱宣懷，余 俊.機械設(shè)計手冊[K].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

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