張小龍，郭龍

陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西寶雞 722409

礦用車（非公路礦用自卸車），指在礦山為完成巖石土方剝離與礦石運輸任務而使用的一種巷道使用自卸車，其工作特點為運程短、承載重。目前國內(nèi)礦用車的載重在4～360t之間，而且還在向大型化方向發(fā)展。針對載重質(zhì)量50～150t的車型，我公司開發(fā)有成熟配套的礦用車變速器總成。

因近些年市場發(fā)生重大變化，礦用車需求持續(xù)增長，我公司原有裝配線以“單軸變速器為主，兼容礦用車變速器”的生產(chǎn)模式已無法滿足當下的生產(chǎn)需求。所以，開發(fā)建設將“礦用車變速器為主，單軸變速器次之，兼容其他”為生產(chǎn)導向，綜合兼顧降勞提效、數(shù)字賦能、智能管理的新型裝配線已是迫在眉睫。

綜合分析后，我公司新型礦用車裝配線需具備以下幾點特性：

（1）安全 主要指設備、工裝、工具等。

（2）簡易 主要指裝配過程模塊化、標準化、作業(yè)動作精簡化等。

（3）高效 主要指物流配送模式、AGV小車、快速換產(chǎn)等。

本文從柔性化、智能化角度出發(fā)，考慮多種礦用車變速器產(chǎn)品在一條產(chǎn)線上生產(chǎn)，介紹裝配線技術方案。

礦用車變速器裝配工藝結構模型

目前我公司共有9款礦用車產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)，其輸出轉矩在1800～3300N·m之間，對應的突出特點是變速器體形大、質(zhì)量大、整體結構較統(tǒng)一，見表1。

為了更好地滿足裝配線生產(chǎn)特性，以“求同存異”的策略，對所有礦用車產(chǎn)品進行模型解構，發(fā)現(xiàn)：

1）初級解構后包含：傳動軸系總成（輸入軸分總成、中間軸軸分總成、輸出軸分總成）、殼體防護總成（主箱分總成、離合器殼體分總成）、封閉式交互總成（后蓋分總成、上蓋分總成、操縱裝置分總成、后軸承蓋分總成）及其余外圍件分總成。

2）二級解構后包含：標準零件（螺栓、螺母、銷、軸承等）、開發(fā)零件（自制零件、采購零件）。

基于上述解構過程，我們衍生出礦用車變速器裝配的3 種微分趨勢并構建其工藝結構模型，見圖1。

圖1 工藝結構模型

（1）模塊化 將總成分割成可組合、分解及更換的多個子模塊，每個模塊完成一個特定的子功能，所有模塊再按特定流程、方法組裝成總成。

（2）標準化 將產(chǎn)品結構、零件部件等相關參數(shù)統(tǒng)一，實現(xiàn)不同產(chǎn)品的分總成可替代、可重復使用。

（3）可逆化 裝配流程的正向與逆向均可執(zhí)行，可拆可裝，雙向兼容。

數(shù)字化、智能化、柔性化技術的應用

1.基于5G網(wǎng)絡AGV運行系統(tǒng)的開發(fā)應用

基于5G網(wǎng)絡的AGV（AutomatedGuidedVehicle，亦稱自動導引車）運行系統(tǒng)由AGV小車、5G工業(yè)網(wǎng)關、網(wǎng)絡交換機、防火墻、5G基站等設備，以及MEC平臺、NMS網(wǎng)關管理系統(tǒng)、AGV小車運營管理系統(tǒng)等軟件共同構成。

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡構建模型 5G工業(yè)網(wǎng)關負責采集終端AGV的運行數(shù)據(jù)，通過5G無線網(wǎng)絡和專網(wǎng)通道上傳到管理平臺，同時配備NMS網(wǎng)關管理系統(tǒng)對系統(tǒng)所有網(wǎng)關進行配置管理，實現(xiàn)AGV運行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測管理，并依托MEC平臺的數(shù)據(jù)隔離功能確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的私密性和安全性。

（2）AGV網(wǎng)關的配置 AGV原控制方式是用WiFi模塊（192.168.*.1）通過串口收發(fā)指令?，F(xiàn)改用5G工業(yè)網(wǎng)關的LAN口直接連接以太網(wǎng)口，5G網(wǎng)關的LAN口地址默認地址192.168.0.1，需修改LAN口地址默認地址192.168.0.1，需要修改LAN口地址與WiFi模塊同一個網(wǎng)段（192.168.*.1），先用電腦登錄到網(wǎng)關管理界面修改LAN地址（見圖2）。

因為是SA組網(wǎng)，核心網(wǎng)會將SIM卡的地址固定，所以5G網(wǎng)關插入SIM卡后需要選擇SA模式，并配置APN，重新上電后獲取到的地址是固定的IP地址。

PC端只需要接入核心網(wǎng)，在SA的網(wǎng)絡環(huán)境中，核心網(wǎng)地址池的地址都可以訪問，因為AGV小車是通過SIM卡獲取的固定地址映射到SA的網(wǎng)絡中，所以小車的上位機軟件時訪問卡的地址（10.10.*.*），從而對小車進行下發(fā)指令，控制軟件調(diào)試如圖3所示。

圖3 PLC控制軟件調(diào)試

（3）AGV小車運營管理 AGV小車運營管理系統(tǒng)收集車間每臺AGV小車的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)以及其他業(yè)務信息進行綜合分析和系統(tǒng)管理，并按照生產(chǎn)作業(yè)計劃通過5G網(wǎng)絡向AGV發(fā)送作業(yè)指令，完成作業(yè)任務。通過對AGV小車的遠程控制、數(shù)據(jù)采集和上傳，并基于5G和邊緣側數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)隔離等先進技術實現(xiàn)AGV小車的聯(lián)網(wǎng)功能優(yōu)化（見圖4與圖5）。

圖4 AGV運營面板

圖5 AGV小車正在工作

基于5G網(wǎng)絡AGV運行系統(tǒng)具有實施簡單、路徑靈活、不占空間、移動性較好、柔性等優(yōu)點，大大減輕了工人勞動強度，提高了產(chǎn)線生產(chǎn)效率，優(yōu)化了制造資源配置，提升裝備數(shù)字化、產(chǎn)線聯(lián)網(wǎng)化和生產(chǎn)智能水平。

2.多功能柔性托架開發(fā)應用

該設計主要用于A G V小車對變速器殼體的裝夾。整個裝配線涉及到礦用車、客車以及新能源等12款機型的變速器。變速器質(zhì)量在100～900kg之間，最小尺寸為300m m×400m m×500m m，最大尺寸300mm×400mm×500mm。變速器有單箱結構，也有主、副雙箱結構，覆蓋單中間軸、雙中間軸、三中間軸等多種類型，而且這些產(chǎn)品外形輪廓差異極大。因此，該設計首先能夠消除多種裝配小車來回切換造成的節(jié)拍瓶頸，也能克服產(chǎn)品機型種類多，無相同或相似定位點的技術難題。

該多功能柔性托架主要有三種裝夾方式：

（1）形跡裝夾 主要對應雙中間軸結構的礦用車產(chǎn)品，依靠殼體中間擋板、油堵拉桿、殼體左右側拉板及壓板擋塊等結構。

（2）殼體側懸置裝夾 主要對應質(zhì)量較小的產(chǎn)品以及三中間軸礦用車產(chǎn)品，依靠T形槽、T形槽擋塊、過渡支撐板等結構。

（3）離合器殼體止口裝夾 主要對應離合器殼體與主箱殼體一體式產(chǎn)品，依靠止口卡槽、止口壓板等結構。

雙中間軸礦用車變速器的裝夾方式——形跡裝夾。此類變速器殼體沒有懸置，只能對殼體輪廓進行裝夾，總體定位夾緊方式如圖6，總共有三個定位點。

圖6 形跡裝夾情況

細節(jié)如下：

1）如圖7所示，油堵拉桿旋入殼體放油螺孔，然后將固定套向上旋入擰緊，主要限制殼體向上移動（拉桿支撐開著畸形槽，油堵拉桿可在槽內(nèi)變換位置，主要為了兼容放油孔位置不同的殼體）。

圖7 油堵拉桿

2）如圖8所示，左右兩側殼體中間擋板與殼體輪廓貼合，限制殼體向后移動，然后通過蝴蝶螺釘頂緊中間擋板，使殼體不能左右移動（擋板可以在支撐板槽內(nèi)左右滑動，為了兼容殼體左右寬度不同的殼體）。

圖8 殼體中間擋板

（3）如圖9所示，通過擰緊螺桿帶動側拉板向后移動，使側壓板與殼體前端面貼合，限制殼體向前移動，壓板擋塊（與側壓板焊接一體）限制殼體向上移動，蝴蝶螺釘限制側壓板向左右側移動（側拉板可在支撐柱槽內(nèi)前后移動，側壓板可沿側拉板前面的檔板部分左右滑動，可以兼容形跡前后距離不一致、寬度不一致的殼體）。

圖9 殼體拉板總成

該多功能柔性托架，將多種裝夾結構集成在一起，實現(xiàn)12種機型產(chǎn)品的快速裝夾（原本需要5種不同種類的裝配小車），降低了成本，大幅加快換產(chǎn)效率；可適應于AGV、RGV以及手推小車等各種系列裝配小車；裝夾可靠，變速器360°翻轉不會掉落；能承受軸承、定位銷等過盈安裝帶來的沖擊力和法蘭盤等各種螺栓、螺母擰緊時的扭矩。

3.可移動測試裝置的開發(fā)應用

測試裝置專門針對礦用成變速器總成開發(fā)，旨在解決礦用車變速器在傳統(tǒng)測試臺上壓翻測試臺的隱患以及降低工人勞動強度，采用輕量化設計，體積小、重量輕，僅有150kg左右。將總成放置在固定托架上（放置平穩(wěn)牢靠），吊取試驗臺夾緊端對準總成離合器殼體與離合器殼體止口配合、夾緊，確認完成后進行測試。

該測試裝置由夾緊裝置、驅(qū)動裝置和控制單元組成，如圖10和圖11所示。

圖10 可移動測試裝置

圖11 測試裝置首次對接驗證

（1）夾緊裝置 氣源包括過濾減壓閥AW30-02BCG-B（SMC）和過濾減壓閥用接頭K Q2H08-02AS，配φ8管，按照氣缸及其他元件指定方式安裝氣管進行控制夾爪。

（2）驅(qū)動裝置和控制單元 電動機匹配臺達電控柜，伺服驅(qū)動器、編碼器及其他附件裝于電控柜中，電控柜上嵌入10英寸顯示屏，將電動機轉速、轉矩和變速器噪聲值（需臺達匹配可數(shù)采噪聲計）等參數(shù)進行顯示。

可移動測試裝置作業(yè)過程：工裝對接前，操作工點擊"低轉"按鈕，電動機保持20r/min左右低轉，操作工將夾具裝至變速器輸入端，將變速器掛至1擋，點擊"高轉"按鈕，電動機轉速升至1600r/min，測試完成后點擊"停止"按鈕，電動機轉速迅速降至0，之后掛2擋進行高轉速測試，依次進行測試8個擋位以及倒擋，完成后，操作工拆下工裝，試車結束。

4.下線測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立

通過開發(fā)測試區(qū)數(shù)據(jù)管控系統(tǒng)，實現(xiàn)變速器下線氣密數(shù)據(jù)、空載試車數(shù)據(jù)的采集和管理，以空載試車為例，整個過程包括：掃碼讀取變速器信息；連接相關測試線束；掛擋檢測；測試數(shù)據(jù)采集，共4個步驟（見圖12）。通過數(shù)據(jù)采集分析，系統(tǒng)可自動判斷壓力開關、里程表傳感器的信號數(shù)據(jù)的準確性，自動檢測壓力開關的準確和合格性，自動檢測每個擋位的速比數(shù)值，保證每個擋位齒輪裝配準確，保證了每擋的檢測時間。

圖12 空載試車過程

裝配線設計實例介紹

圖13位為礦用車變速器裝配產(chǎn)線建設平面布局實例，圖14為裝配線現(xiàn)場。

圖13 礦用車變速器裝配線平面布局圖

圖14 礦用車變速器裝配線一角

總裝工位布局：環(huán)線長38m，寬3.9m，分裝結構化工藝包括軸齒分裝線和操縱裝置分裝線，總裝結構化工藝包括總裝線、測試線。

結語

通過對裝配線整體布局的重新規(guī)劃和調(diào)整，以及“AGV+柔性托架”、提質(zhì)降勞裝置、移動測試臺、下線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運用，實現(xiàn)了礦用車變速器量產(chǎn)能力整體提升，同時兼容了其他單中間軸箱型，使產(chǎn)線能力得到顯著提升，為后續(xù)改善提升提供了基礎支撐。