油泵裝配生產線單體泵裝配工位的設計*

邱欣華，馮 晟

(湖北省機電研究設計院，湖北 武漢 430070)

1 引言

目前國內大馬力柴油汽車生產行業生產中，電動柴油油泵的需求量較大。通過調研一些油泵生產企業，發現油泵中的單體泵的裝配生產完全靠人手工來完成。工人勞動時間長、勞動強度大導致許多工人一個工作日下來手都提不起來，而且手工裝配的單體泵由于因人而異力量不一，導致密封圈頻繁切壞，效率極低，很大程度制約了油泵的生產產量，進而制約著企業的快速發展。

筆者針對國內油泵生產企業目前的現狀，利用PLC加觸摸屏等現代控制、操作技術等設計制造方法，將其引入設備生產實際中，可大大提高設備的可視、便利等操作性，提高生產效率和市場競爭力。筆者以衡陽亞新科企業生產的電動柴油泵裝配生產線單體泵裝配工位為研究對象，對其設計、制造中的若干技術進行了研究。

2 單體泵裝配工位的總體設計

2.1 單體泵裝配工位總體設計目的

設計單體泵裝配工位是為了更好地滿足國內大馬力柴油動力汽車生產的使用要求，提高生產效率，降低工人的勞動強度，改變傳統企業的大規模、密集型的手工生產模式。處于效率考慮，大規模、密集型生產模式在現代化企業中是不可取的。另外，還要對設備進行環境安全性、可靠性研究，是否對生產線中的其他工位有不明的隱患，以確保現場維修、操作人員的安全，考核設備的可靠性、可操作性，確保設備正常順利使用，降低設備成本。

基于上述考慮，為降低成本，課題組投入一定數量資金，研制了單體泵裝配工的設備，開展了設備生產的工藝研究、現場安全性研究、設備的可靠性和操作性研究。

2.2 單體泵裝配工位的技術要求

在輸送線中將工裝板及工件輸送到此工位，頂升旋轉機構將工裝定位頂起，手工將凸輪軸轉至第一缸凸輪處于最低點位置，推動氣缸推動帶有旋轉接頭的伺服電機與凸輪軸軸端連接，手工裝上單體泵，啟動壓機、使壓機在氣缸的作用下緩慢將單體泵壓入泵體安裝孔內，使單體泵基面與泵體上基面貼合，此時壓頭保持靜止，將墊圈、螺母等裝入雙頭螺柱，待螺母擰緊到位，壓頭抬起。于此同時伺服電機帶動凸輪軸轉動60°(六缸泵)、90°(四缸泵)，重復以上操作直至裝配完1、3、5、2、4、6缸上的單體泵。操作完成后，伺服電機在氣缸作用下退回、頂升旋轉機構將工件復原并放行工裝板和工件。單體泵壓機具有調節壓頭間距的功能以適應不同的缸心距的泵體。

2.3 單體泵裝配工位的設計要求

設計要求如下:①設備要求結構緊湊、簡潔、安裝、操作、維護維修方便，安全可靠，噪音低且環保;②速度、壓力控制可調;③所裝配的單體泵必須滿足各種參數的技術要求，不能切壞2個O型密封圈;④工位壓裝所有的單體泵工作周期為3 min(按下啟動開關到放行);⑤工位可以壓裝四缸或六缸泵系列產品;⑥電氣采用PLC加觸摸屏控制，伺服電機驅動，布線簡潔、美觀，維護方便，安全穩定可靠;⑦氣動系統中的氣缸速度及壓力可調。

2.4 單體泵裝配工位的設計內容

根據單體泵裝配工位設計的要求和目的，設備包括伺服電機及減速機等兩套、直線導軌滑臺兩套、支架、頂升旋轉機構、工裝板、線體、配氣站、氣源處理、氣動元件等。工位設備組成及工作路線如圖1所示。

圖1 工位設備組成及工作路線

工作原理:將線體移動過來的工裝板(上含有泵體)通過阻擋氣缸定位，頂升旋轉機構將工裝板定位升起、并順時針旋轉90°。此時推動氣缸動作、推動直線導軌上的伺服電機1(上安裝有旋轉接頭)，與凸輪軸端相連接、伺服電機1轉動60°(六缸泵)、轉動90°(四缸泵)，找到泵體第一缸凸輪軸最低點位置，手工放置單體泵。與此同時伺服電機2通過絲桿螺母副驅動帶有壓頭的氣缸沿著直線導軌直線運動，使壓頭對準單體泵而下壓裝配單體泵。壓頭抬起移動到下一個單體泵位置、重復下壓單體泵，同時伺服電機1轉動60°(六缸泵)、轉動90°(四缸泵)，直至壓裝完1、3、5缸單體泵。壓頭抬起、重復上述動作，壓裝完2、4、6缸單體泵的裝配［1-3］。

2.5 單體泵裝配工位的結構設計

根據工人在線體上操作方便和工件易放行的特點，整體設備水平放置，整體結構為普通鋼結構，線體是滾子鏈輸送的鋁合金線體固定在單體泵工位設備的基準平面上，頂升旋轉機構安裝在線體的下方與設備的基準平面固定，氣缸等氣動元件及支架、傳感器及支架、調速閥、伺服電機及支座、絲桿螺母副等安裝布局合理如圖2所示。

圖2 結構裝置設計示意圖

3 控制系統設計

3.1 電氣控制系統的組成

整套設備的電氣控制系統由可編程序控制器、伺服電機系統和觸摸屏人機界面等組成。可編程序控制器是整個電氣控制系統的核心器件，它能夠接受控制指令，控制整套設備的運行［4］。

伺服電機系統是精準的運動執行部件，能夠在可編程序控制器的控制下，實現設備壓頭端的位置控制和泵體旋轉軸的旋轉角度控制。觸摸屏具有良好的人機對話功能，可接受操作者的操作指令和指示設備的運行狀態，方便操作者使用。整套系統的組成原理如圖3所示。

圖3 系統組成原理

3.2 電氣控制系統的軟件設計

整套軟件的工作流程如圖4所示。

圖4 軟件設計流程圖

系統中的可編程序控制器要完成設備的運行控制工作，就需要編寫一整套的控制軟件，在控制軟件的控制處理之下，系統的硬件才能完成設備的運行控制工作［5］。

根據工藝要求，控制系統需同時控制壓頭位置和旋轉角度兩套伺服系統，完成2個軸的配合工作，才能到達泵體的裝配條件和工藝要求。由于設備需要完成不同型號泵體的裝配工作，所以控制系統還需兼有泵體型號選擇功能和完成不同型號泵體下有差別的裝配工作。

4 結論

油泵裝配生產線已通過企業的使用單位驗收，正在企業發揮設備的使用價值。通過半年的生產實踐證明，油泵裝配生產線的性能可靠、結構簡潔、布局合理、功能齊全、操作方便、使用安全，控制與監控功能達到了預期的設計要求。單體泵裝配工位的設備投入使用以后，企業實行三班制，設備使用率在20 h以上每天，設備運行正常，而且大大地降低了工人的勞動強度和O型圈的切廢率，提高了生產的效率，為企業的更好發展奠定了基礎。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［2］ 楊基原.機構運動學與動力學［M］.北京:機械工業出版社，1987.

［3］ 卜 炎.機械傳動裝置設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，1999.

［4］ OMRON公司.SYSMACCP系列操作手冊［Z］.2007.

［5］ OMRON公司.SYSMACCP系列編程手冊［Z］.2005.