劉 辰，高先海，陳建軍，趙升噸，朱成成，張宗元

（1.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710049；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計院，吉林 長春 130011）

汽車生產(chǎn)線中輸送機(jī)傳動方式合理性探討（一）

劉 辰1，高先海2，陳建軍2，趙升噸1，朱成成1，張宗元1

（1.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710049；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計院，吉林 長春 130011）

論述了汽車涂裝生產(chǎn)線中輸送工件常采用的懸掛式推桿鏈、雙擺桿式輸送鏈各自工作原理、特點(diǎn)，進(jìn)一步對涂裝生產(chǎn)線中的同步問題進(jìn)行了探討。特別對目前在汽車涂裝生產(chǎn)線上積極倡導(dǎo)的Rod-dip和Vario Shuttle多功能穿梭機(jī)輸送裝置進(jìn)行了較為細(xì)致的分析。

機(jī)械制造；涂裝生產(chǎn)線；傳動方式；輸送機(jī)；傳動鏈；擺桿式

在常見的汽車量產(chǎn)化生產(chǎn)中，通常需要沖壓、焊裝、涂裝、總裝這四大工藝。其中涂裝工藝主要包含前處理、電泳、中涂和面漆等，這一系列過程都是在一條生產(chǎn)線上完成。本文主要論述涂裝工藝生產(chǎn)線中的輸送被涂裝工件的傳送系統(tǒng)。

1 涂裝工藝流程及工件的傳送方式

汽車涂裝傳統(tǒng)工藝流程如圖1所示：

圖1 傳統(tǒng)汽車涂裝工藝

其中在進(jìn)行預(yù)處理及電泳處理的工藝中，車殼按照工藝要求要完全浸沒在處理液中。針對這些工藝過程，目前應(yīng)用最廣泛的兩種輸送技術(shù)為懸掛式推桿鏈（圖2）及雙擺桿式輸送鏈（圖3）。旋轉(zhuǎn)浸漬式輸送機(jī)及多功能穿梭機(jī)目前隨著工藝質(zhì)量要求的不斷提高也得到了快速發(fā)展。

懸掛式推桿鏈（OHC，簡稱推桿懸鏈）特點(diǎn)是設(shè)備原理簡單、投資少、制造相對容易、運(yùn)行速度快。相比雙擺桿式輸送鏈、多功能穿梭機(jī)及旋轉(zhuǎn)浸漬式輸送機(jī)，推桿懸鏈在國內(nèi)應(yīng)用已很成熟，國內(nèi)能自行設(shè)計、制造、安裝調(diào)試。在廣州本田、上海大眾等公司的高節(jié)拍流水線上應(yīng)用仍有一定優(yōu)勢。

雙擺桿式輸送鏈（Swing Rod，簡稱擺桿鏈）的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是避免了輸送機(jī)在運(yùn)行過程中給車身和槽液帶來的污染；運(yùn)行速度快，而且速度調(diào)節(jié)范圍較大，裝掛方式靈活；入槽、出槽的角度大，可以減少設(shè)備長度、降低設(shè)備投資。它具有傳統(tǒng)輸送機(jī)無法比擬的優(yōu)勢，已被很多公司廣泛采用。以上兩種方式需要形成鏈才能形成生產(chǎn)線，因此還需要使運(yùn)輸鏈同步工作，才能使工作協(xié)調(diào)起來。

2 涂裝生產(chǎn)線中的同步問題

無論是懸掛式還是擺桿式的傳送鏈，加工的車殼都是連接在運(yùn)動鏈之上的。而運(yùn)動鏈的運(yùn)動是一個整體運(yùn)動。因此涂裝線的運(yùn)動鏈的工作連續(xù)性和穩(wěn)定性就成為了涂裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率的主要影響因素。涂裝線上的主運(yùn)動鏈?zhǔn)且粋€非常龐大的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其慣性很大，往往是由多臺電機(jī)驅(qū)動。因此其啟動過程是一個很麻煩的步驟。為保證加工的效率，涂裝線上的運(yùn)動主鏈?zhǔn)沁B續(xù)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)的。所以就要涉及到涂裝運(yùn)動鏈上的多種同步問題。涂裝線上的主運(yùn)動鏈涂裝生產(chǎn)線的運(yùn)動鏈同步主要就包括了送料處與主運(yùn)動鏈的同步，主運(yùn)動鏈在啟動時同步以及加工件離開運(yùn)動鏈時的同步問題。

2.1 推桿懸掛式和雙鏈擺桿式主運(yùn)動鏈的自身同步問題

推桿懸鏈輸送機(jī)布置在設(shè)備上方（在槽區(qū)中心線上），而擺桿鏈雙鏈布置在槽上方兩側(cè)，如圖2、圖3所示。它們的共同點(diǎn)是兩種輸送技術(shù)的輸送軌都是由上坡段、下坡段和水平段組成。它們采用了不同的鏈同步技術(shù)：推桿懸鏈前后鏈的同步技術(shù)、擺桿鏈左右鏈的同步技術(shù)。2.1.1 懸掛式推桿鏈

積放式懸掛輸送機(jī)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化部件組成，主要部件包括：驅(qū)動站、張緊裝置、回轉(zhuǎn)裝置、牽引鏈、軌道、道岔等。積放式輸送機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以在任意點(diǎn)停止下來并可以積存起來，也可以根據(jù)需要重新開始運(yùn)行，既有輸送功能，又有存儲功能。但應(yīng)用在前處理線、電泳線上時，由于存在上下坡，吊具及車身重量均較大（一般為500～1000kg），即輸送鏈推頭（Pitch）負(fù)載較大。為了避免在上下坡溜車的情況，將輸送機(jī)軌道設(shè)計為壓緊軌，只有在輸送轉(zhuǎn)換傳遞區(qū)域才是正常的積放軌。這樣在壓緊軌區(qū)域，輸送鏈推頭與吊具確保不脫開，同時也失去了積放功能。常見的方案有單鏈多驅(qū)動同步驅(qū)動、雙鏈雙驅(qū)動同步助推及多鏈多驅(qū)動同步傳遞方案。

高節(jié)拍流水線必定是需要用空間換時間，即由足夠的流水線長度來滿足工藝時間要求，例如某歐系40JPH（每小時工作量）生產(chǎn)能力廠，其前處理線長220m，電泳線長150m，以此來獲得足夠的浸槽和噴淋時間。由于輸送長度長、總負(fù)載增加，輸送機(jī)必須增加輸送驅(qū)動、軌道強(qiáng)度等，如方案1。

方案1：單鏈多驅(qū)動同步驅(qū)動方案。如圖4所示，其中實線段為壓緊軌、虛線段為回鏈。

方案1采用單一輸送鏈、三個驅(qū)動來獲得足夠的驅(qū)動力。其同步要求是：三個驅(qū)動要保持同時啟動、同時停止。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械設(shè)計和電氣控制較簡單，性價比最高。但對軌道強(qiáng)度與剛性設(shè)計提出更高要求，設(shè)備故障率也較高。

在實際應(yīng)用中，方案1三個驅(qū)動站同步驅(qū)動的實現(xiàn)較為困難，容易出現(xiàn)三個驅(qū)動站中某一驅(qū)動站先過載保護(hù)而導(dǎo)致另外兩驅(qū)動過載而停鏈，造成預(yù)處理電泳線整條流水線停線。在空載時或在負(fù)載均勻分布時，輸送鏈啟動容易；但在負(fù)載分布不均勻時，現(xiàn)場過載保護(hù)復(fù)位后重新啟動，也經(jīng)常由于三驅(qū)動同時啟動不同步而造成重啟失敗。這種情況在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的幾率較多，所以一般不推薦使用該方案。

方案2：雙鏈雙驅(qū)動同步助推方案。如圖5所示。

當(dāng)C1鏈吊具到達(dá)A點(diǎn)時，助推鏈把該吊具推到C2鏈B點(diǎn)。助推鏈?zhǔn)情g歇性運(yùn)行的，只有當(dāng)A點(diǎn)有吊具時才開始運(yùn)行。本來C1、C2鏈同步耦合的關(guān)系，通過增加助推鏈簡單地“解耦”了。當(dāng)C2鏈短時間故障時，助推區(qū)域可作為故障緩沖區(qū)，即短時間內(nèi)C2鏈故障，C1鏈還可繼續(xù)運(yùn)行。對于流水線較短、節(jié)拍較慢（低于15JPH）的生產(chǎn)線來說，該方案是最佳選擇方案。

方案3：多鏈多驅(qū)動同步傳遞方案。如圖6所示。

該方案是方案1的改進(jìn)方案。其機(jī)械設(shè)計除了A1A2、B1B2兩傳遞區(qū)域外，其他設(shè)計均與方案1相似。但該方案在電氣自動控制方面比較復(fù)雜。由于圖中實線段為壓緊軌，所有到達(dá)C1鏈A1點(diǎn)的吊具必須在規(guī)定的時間內(nèi)傳遞到C2鏈A2點(diǎn)，并立即帶走；所有到達(dá)C2鏈B1點(diǎn)的吊具必須在規(guī)定的時間內(nèi)傳遞到 C3鏈 B2點(diǎn)，并立即帶走。所以 C1、C2、C3鏈同步控制必須滿足：

①B2（A2）有空位時，C2鏈（C1鏈）才能運(yùn)行，否則必須停止。

②吊具到達(dá)A1點(diǎn)時，C2鏈相應(yīng)的推頭必須到達(dá)指定區(qū)域，以便能準(zhǔn)時把該吊具帶走。否則需停C1鏈，等待C2鏈相應(yīng)的推頭到達(dá)指定區(qū)域。

③吊具到達(dá)B1點(diǎn)時，C3鏈相應(yīng)的推頭必須到達(dá)指定區(qū)域，以便能準(zhǔn)時把該吊具帶走。否則需停C2、C1鏈，等待C3鏈相應(yīng)的推頭到達(dá)指定區(qū)域。

④由于不同輸送鏈有不同的磨損量，為達(dá)到輸送鏈同步，需要增加C1、C2、C3鏈磨損自動補(bǔ)償功能。

⑤C1、C2、C3鏈出現(xiàn)不同步時，需要兩兩之間能自動調(diào)節(jié)的同步功能。

由于變頻技術(shù)應(yīng)用日趨成熟，電氣控制同步的實現(xiàn)也變得相對簡單。以SEW變頻器為例，MOVITRAC 31C是合適的選擇，具有同步運(yùn)行控制功能，即一組3臺異步電動機(jī)（C3鏈主動，C1、C2從動運(yùn)行)按一定的規(guī)律相互同步運(yùn)行，其原理如圖7所示。

方案3可以解決方案1的不足，可實現(xiàn)有條件的同時啟動、同時停的三鏈同步，而且對現(xiàn)場負(fù)載分布狀況不敏感。在實踐應(yīng)用中方案3故障率較低，約為方案1的10%，運(yùn)行可靠。

2.1.2 雙擺桿式輸送鏈

擺桿輸送機(jī)由于能實現(xiàn)產(chǎn)品車身45°入槽，而被廣泛使用。擺桿輸送機(jī)主要由擺桿、驅(qū)動站、張緊裝置、回轉(zhuǎn)裝置、牽引鏈及軌道等組成。其工作原理為：牽引鏈條布置在槽區(qū)兩側(cè)，擺桿的兩端軸分別與槽區(qū)兩側(cè)的牽引鏈條鉸接在一起，每2個擺桿為1組，每1組擺桿輸送1個工件，牽引鏈帶動擺桿沿特定的軌道運(yùn)行，完成工件前處理及電泳各工序，空擺桿沿設(shè)備下部的擺桿返回軌道平放著返回。所以必須保證槽區(qū)兩側(cè)的牽引鏈同步運(yùn)行。擺桿輸送機(jī)牽引鏈同步技術(shù)主要通過機(jī)械設(shè)計來實現(xiàn)，其技術(shù)原理如圖8所示。

①驅(qū)動裝置的兩套傳動系用1根通軸相連，確保輸送機(jī)兩側(cè)鏈條同步運(yùn)行。

②擺桿與鏈條的連接保持一定的自由度。擺桿兩端軸分別與內(nèi)鏈片上的套鉸接，擺桿軸與鏈片套為線接觸，可在小范圍內(nèi)自由調(diào)整。擺桿軸一端與鏈片固定，另一端自由，兩側(cè)鏈條不同步時，使擺桿運(yùn)行靈活，不容易卡死。

另外，其流水線布置方案與懸掛式推桿鏈方案2類似，只不過同步助推鏈由前處理后的一個出空存儲線替代，同時作為前處理線后一故障存儲線。

Rationality discussion of driving method for conveyor in automobile production line

LIU Chen1，GAO Xianhai2，CHEN Jianjun2，ZHAO Shengdun1，ZHU Chengcheng1，ZHANG Zongyuan1
（1.School of Mechanical Engineering,Xi'an Jiaotong University,Xi'an710049,Shanxi China；2.MMI Planning&Engineering Institute IX,Changchun 43000,Jilin China）

The principle and features of common hanging push-rod chain and double-rocker chain driving modes which are used to convey the workpieces in the auto coating machine line have been introduced in the text.The synchronization issue on the coating machine line has been discussed.The new multi-functional transfer units such as Rod-dip and Vario Shuttle which are used widely in the auto coating line have been analyzed in detail.

Coating production Line;Driving mode;Conveyor;Transferring chain;Swing rod mode

TH132

B

1672－0121（2012）03－0049－03

國家自然科學(xué)基金資助項目（50975222）

2011-12-26

劉 辰（1988-），男，碩士在讀，主攻自動化伺服控制研究