黃小猛

武漢東研智慧設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430056

0 引言

機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備是涂裝生產(chǎn)工業(yè)流水線的重要組成部分，貫穿于涂裝生產(chǎn)的全過(guò)程，是現(xiàn)代化汽車(chē)車(chē)身涂裝車(chē)間內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備。機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備不僅完成被涂物的輸送、轉(zhuǎn)掛、儲(chǔ)存的任務(wù)，同時(shí)還需滿足涂裝工藝要求，可裝設(shè)可移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)識(shí)別被涂物類型色種、識(shí)別廢品、自動(dòng)計(jì)數(shù)、根據(jù)給定的指令來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)等實(shí)現(xiàn)涂裝線智能化的功能。本文以某客車(chē)表面處理車(chē)間前處理電泳線為例，重點(diǎn)闡述智能雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)在前處理電泳輸送線上應(yīng)用。

1 產(chǎn)品參數(shù)及工藝參數(shù)

工件最大外形尺寸為6 000 mm×2 500 mm×2 800 mm（L×W×H）。工件最大質(zhì)量為1 500 kg，生產(chǎn)節(jié)拍為8 min/掛，年時(shí)基數(shù)250 d，采用二班制，8 h/班。工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)

2 線路布置

線路布置根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝需求情況而定，本案例中產(chǎn)品涵蓋客車(chē)、商用車(chē)駕駛室、乘用車(chē)、小件鋁合金和鋼材質(zhì)零件，考慮到工件外形尺寸較大，生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間長(zhǎng)，為節(jié)約生產(chǎn)線占用面積，縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度，采用間歇橫移的雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)作為前處理電泳的輸送系統(tǒng)。

前處理電泳雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)采用矩形布置，在前處理線和電泳線各布置1條輸送雙軌，在輸送雙軌的兩端各安裝1套自行小車(chē)平移裝置，在前處理線入口端設(shè)置工件自動(dòng)上件工位、在前處理線及電泳線末端分別設(shè)置備件及工件自動(dòng)下件工位，平面布置如圖1所示。

圖1 前處理電泳線路布置圖

線路初步布置完成后，須做可行性、通過(guò)性及運(yùn)行節(jié)拍分析，根據(jù)分析結(jié)果再對(duì)線路布置圖進(jìn)行修正。

對(duì)于雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)生產(chǎn)節(jié)拍的核算，以單工位脫脂工位為例，該工藝過(guò)程槽中采用單工位完成。雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)雙軌小車(chē)高速行走速度15 m/min，慢速行走速度5 m/min，高速升降速度12 m/min，慢速升降速度3 m/min；轉(zhuǎn)軌車(chē)高速行走速度15 m/min，慢速行走速度5 m/min。

單工位工藝動(dòng)作為：當(dāng)小車(chē)進(jìn)入脫脂工位停止后，頭尾同步快速下降至一定高度，尾部慢速下降使車(chē)身傾斜一定角度后，頭尾同步慢速入水直至全部浸入，搖擺1次，停留一段時(shí)間后，搖擺1次，頭尾同步慢速起升至一定高度，頭尾同步快速起升至規(guī)定高度，瀝水一段時(shí)間后尾部慢速升起至車(chē)身水平，頭尾同步慢速起升到位，小車(chē)行至下一工位。

行走時(shí)間計(jì)算為高速行走距離/高速行走速度+慢速行走距離/慢速行走速度，則上一工位行走至脫脂工位的時(shí)間t1為0.43 min。

先頭尾同步快速下降1.79 m，再尾部慢速下降0.365 m，后頭尾同步慢速下降3.165 m，則下降時(shí)間t2為1.33 min。

按上下?lián)u擺1次計(jì)算，頭部慢速下降0.365 m，尾部慢速上升0.365 m，則搖擺時(shí)間t3和停留時(shí)間t4為0.12 min和2.76 min；按上下?lián)u擺1次計(jì)算，頭部慢速上升0.365 m，尾部慢速下降0.365 m，則搖擺時(shí)間t5為0.12 min。

先頭尾同步慢速上升2 m，再頭尾同步快速上升2.4 m，瀝水0.3 min后尾部慢速上升0.365 m，頭尾同步慢速上升0.554 m上升到位，則上升時(shí)間t6為1.47 min。

工藝運(yùn)行時(shí)間如圖2所示，脫脂工位工藝時(shí)間為6.23 min。

圖2 雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)單工位工藝動(dòng)作圖例

由以上分析可以得出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化配置，每個(gè)工位的工藝工作時(shí)間未超出工藝節(jié)拍要求的8 min/掛。

參照前文所述脫脂工位工藝節(jié)拍計(jì)算方式，分別計(jì)算其他各工位工藝節(jié)拍，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 前處理電泳各工位工藝節(jié)拍

根據(jù)表3計(jì)算的前處理電泳各工位工藝節(jié)拍，算出單車(chē)走完前處理電泳全程需要的時(shí)間為6+4+3.3+6.2+3.3+3.3+4.8+3.3+3.3+4.3+6.3+3.3+3.7+5.8+3.3+3.5+3.3+1.8+2=74.8 min，再除以生產(chǎn)節(jié)拍8 min，得出小車(chē)組數(shù)量需要10臺(tái)。

3 結(jié)構(gòu)形式

雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)一般由鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)、行走小車(chē)、四帶提升機(jī)構(gòu)、滑觸線供電系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、吊具等組成，如圖3所示。

圖3 雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括立柱、輔梁、吊架、斜撐、檢修通廊、爬梯等。對(duì)于立柱、輔梁、吊架、斜撐，考慮到雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)自身質(zhì)量大，外加產(chǎn)品質(zhì)量大，一般很難利用廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊掛，需設(shè)備自行立柱，搭建輔梁用于承載。在跨度較大或吊架較長(zhǎng)時(shí)，為了增加鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，須在立柱與立柱、吊架與吊架之間增加斜撐。

為了檢修方便，一般在運(yùn)行線路的全線設(shè)置檢修通廊。檢修通廊通過(guò)吊架吊掛在輔梁下方，通廊兩邊設(shè)置防護(hù)欄桿。檢修通廊一般設(shè)置在運(yùn)行線路兩側(cè)，兩側(cè)通過(guò)過(guò)線天橋連通，以便連成一個(gè)閉合回路。若因線路復(fù)雜或道岔較多檢修通廊無(wú)法連成一片，應(yīng)在斷開(kāi)處設(shè)置直爬梯。

3.2 軌道系統(tǒng)

軌道系統(tǒng)包括軌道支撐架、輔梁、輕軌等。軌道支撐架在軌道系統(tǒng)中起承上啟下作用，上部通過(guò)可調(diào)節(jié)支架與鋼結(jié)構(gòu)輔梁連接，下部連接軌道輔梁，輕軌利用軌道壓板和連接板安裝固定在軌道輔梁上。

3.3 雙軌小車(chē)組

雙軌小車(chē)組包括行走小車(chē)、四帶提升機(jī)構(gòu)等。每臺(tái)雙軌小車(chē)組都自帶3臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，形成一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制單元，其中1臺(tái)電動(dòng)機(jī)用作上部行走小車(chē)的行走驅(qū)動(dòng)，另外2臺(tái)用于四帶提升機(jī)構(gòu)的升降驅(qū)動(dòng)，可異步控制，使工件隨吊具前后傾斜或擺動(dòng)。

四帶提升機(jī)構(gòu)在本系統(tǒng)中起承上啟下的作用，上部通過(guò)4根吊桿與行走小車(chē)相連，下部通過(guò)4根皮帶（內(nèi)嵌鋼絲）與吊具相連。四帶提升機(jī)構(gòu)上安裝有防撞開(kāi)關(guān)，保護(hù)車(chē)組間發(fā)生碰撞時(shí)能及時(shí)停止，避免造成更嚴(yán)重事故。

3.4 滑觸線供電系統(tǒng)

滑觸線供電系統(tǒng)包括滑觸線、取電小車(chē)、滑線槽等?；|線通常選擇U形組合式，為多排平行布置，安裝在滑線槽內(nèi)。取電小車(chē)必須與滑觸線相匹配，起到在滑觸線和動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)之間傳遞電力及信號(hào)的作用。

雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)的滑觸線一般為6～10排，其中4排為動(dòng)力線，其他是信號(hào)線。由于智能雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)的動(dòng)作比較復(fù)雜，如槽內(nèi)升降、槽間行走、吊具搖擺升降等，故選擇10排U形滑觸線。

取電小車(chē)用于獲取動(dòng)力電源和進(jìn)行信號(hào)的交換，取電小車(chē)上集成有集電器，并設(shè)置有導(dǎo)向輪，通過(guò)雙軌小車(chē)上的撥桿帶動(dòng)其在滑線槽內(nèi)行走移動(dòng)。

滑線槽分固定滑線槽和活動(dòng)滑線槽，固定滑線槽安裝固定在軌道輔梁上，活動(dòng)滑線槽吊掛安裝在轉(zhuǎn)軌車(chē)上。為保證取電小車(chē)在固定滑線槽與活動(dòng)滑線槽間可靠過(guò)渡，要求固定滑線槽和活動(dòng)滑線槽對(duì)接精度較高，為此特殊設(shè)計(jì)了一種帶柔性連接支架的活動(dòng)滑線槽總成，通過(guò)設(shè)置柔性的連接支架以及具有緩沖功能的撞塊支座，避免了滑線槽在移動(dòng)對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的撞擊與振動(dòng)，減少電氣元器件的損壞，延長(zhǎng)零部件的使用壽命，降低維護(hù)成本；且通過(guò)設(shè)置對(duì)接定位裝置，確?；顒?dòng)滑線槽與固定滑線槽之間的精準(zhǔn)對(duì)接，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

3.5 電氣控制系統(tǒng)

前處理電泳雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)以PLC為系統(tǒng)控制核心，PLC根據(jù)各控制裝置和采集傳感器提供的狀態(tài)信息，按照相應(yīng)的程序和指令，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)出控制信號(hào)至各臺(tái)小車(chē)的主控制箱，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模塊控制變頻器和控制裝置，并由其控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成設(shè)定的動(dòng)作，其控制系統(tǒng)示意如圖4所示。

圖4 雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意

3.6 吊具

吊具一般由皮帶固定總成、上下限位檢測(cè)機(jī)構(gòu)、折疊架組件、定位桿、吊具框架、吊腿組件、接油（灰）盤(pán)等組成。吊具包括吊具和產(chǎn)品直接固定的形式以及帶橇入槽即吊具與橇體相連的形式，選擇何種形式取決于涂裝車(chē)間系統(tǒng)布置情況。吊具須遵循以下原則：

1）吊具與產(chǎn)品或吊具與撬體能可靠鎖緊，防止工件在入槽時(shí)漂浮，發(fā)生工件掉槽事故。吊具要有足夠的強(qiáng)度，吊具上框架和吊臂設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮產(chǎn)品兜水的情況。

2）皮帶固定總成用于四帶提升機(jī)構(gòu)升降驅(qū)動(dòng)的皮帶連接固定，內(nèi)部設(shè)有彈簧緩沖裝置，使皮帶免受過(guò)大沖擊載荷，延長(zhǎng)皮帶使用壽命。

3）上下限位檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要檢測(cè)吊具是否上升到位，調(diào)節(jié)對(duì)角設(shè)置的上下限位檢測(cè)機(jī)構(gòu)，使吊具上升到位后保持水平，避免和室體頂棚發(fā)生干涉。

4）折疊架組件用于電泳導(dǎo)電電纜的固定，隨著吊具起升下降能收放自如，上部連接固定于四帶提升機(jī)構(gòu)承載框架下表面，下部連接固定在吊具上框架上表面。上端與四帶提升機(jī)構(gòu)承載框架連接的部位必須做好絕緣措施，否則電泳通電時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)短路。

5）定位桿在吊具升到上限位行走高度時(shí)起作用，將吊具與車(chē)組剛性連接起來(lái)，以減少吊具上升到位后的等待時(shí)間和行走時(shí)的晃動(dòng)。定位桿由2套定位套和定位插銷組成，對(duì)角布置。定位套固定在四帶提升機(jī)構(gòu)承載框架下表面，定位插銷固定在吊具上框架上表面。鎖緊裝置必須簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠，易于清理。

6）吊具框架和吊腿鉸接，吊腿可在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。

7）接油（灰）盤(pán)是起到防止電動(dòng)機(jī)減速器齒輪潤(rùn)滑油、軸承潤(rùn)滑油脂和室體外灰塵污染工件和槽液的作用。接油（灰）盤(pán)在吊具框架上滿鋪，材質(zhì)為不銹鋼，耐酸堿腐蝕。

4 結(jié)論

雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)是集機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)于一體的自動(dòng)化輸送系統(tǒng)，采用PLC控制小車(chē)行走升降、定位和移載，可自動(dòng)完成前處理電泳工藝處理的不同動(dòng)作及上、下、擺動(dòng)工件，且整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，智能化程度大大提高。電泳雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)承載能力大，運(yùn)行穩(wěn)定性好，節(jié)拍適應(yīng)范圍廣泛，自動(dòng)化程度高，并可提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于寬體重載大型工件來(lái)而言是適合的輸送設(shè)備。

目前，我國(guó)正在加快推進(jìn)智能制造，支持有條件有基礎(chǔ)的企業(yè)加大技術(shù)改造投入，持續(xù)推動(dòng)工藝革新、裝備升級(jí)、管理優(yōu)化和生產(chǎn)過(guò)程智能化。智能雙軌小車(chē)輸送系統(tǒng)滿足提高產(chǎn)品可靠性和高端化發(fā)展等需要，可廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、客車(chē)、輕工等行業(yè)智能成套生產(chǎn)線以及新技術(shù)與工藝結(jié)合的模塊化生產(chǎn)單元，實(shí)現(xiàn)建設(shè)精益生產(chǎn)、柔性生產(chǎn)的智能車(chē)間和工廠。