汽車后排座椅組裝生產線改造

王成就

（廣州市花都區技工學校，廣東廣州 510800）

0 前言

廣州某座椅有限公司的組裝生產線是將其他生產線生產的底座支架、座墊、靠背和頭枕等部件組裝成產品。其中后排座椅組裝生產線在實際生產中顯露出一些弊端，通過分析后對生產線進行了改造，以期提高控制線路的可靠性、生產效率和產品質量。

1 原后排座椅組裝生產線的情況

（1）生產線的裝配流程

按照工藝生產流程，后排座椅組裝線由四個工作崗位完成：

1）工位1：將底座骨架和座墊定位，再用C型環槍聯接發泡和面套并翻包；

2）工位2：安放座椅靠背，先用螺紋聯接底座骨架和座墊，再用螺紋聯接底座骨架和靠背；

3）工位3：封裝靠背周邊，安裝頭枕并用蒸汽熨斗整形；

4）工位4：產品終檢、套裝塑料包裝及卸裝成品。

（2）生產線的運轉設定

組裝生產線將工作大致平均分配給四個工作崗位完成，各工位完成指定工作所需要的時間基本相同。生產線設有紅、黃、綠三色燈及節拍報警器，生產線啟動后，先運轉35秒前移一個工位后停止，工人利用這段時間做好安裝的前期準備工作；然后計時300秒安裝時間，其中前235秒綠燈亮，后65秒綠燈、黃燈同時亮并響警報；安裝時間結束后，生產線又自動運轉35秒前移一個工位后停止，并進入下一個安裝時間，如此反復循環。

（3）生產線的電氣控制線路

組裝生產線由一臺2.2 kW三相異步電動機驅動，該電動機額定轉速為1 410 r/min，電動機尾部裝有交流380 V的制動系統，屬斷電制動。并配套有減速比為39.88的齒輪減速箱，輸出轉速為35 r/min，由齒輪鏈條帶動生產線，電動機只需單向轉動，設短路保護，由于過載可能性極小不設過載保護。生產線主電路、控制電路（略），主要電器元件及用途見表1。

表1 主要電器元件及用途

（4）電氣控制線路簡要工作原理

1）啟動生產線

2）正常停止生產線

3）緊急停止生產線

生產過程中如果遇到緊急情況要停止生產線，可按下急停按鈕SB5，停止原理與正常停止一樣。但SB5能自鎖，如果在SB5未復位的情況下按啟動按鈕，KA5線圈獲電，其常閉觸頭斷開KA1線圈回路，令其不能獲電。

4）節拍報警

裝配過程中，如果某一個工位預見不能在設定300秒時間內完成工作，可知會工位3按下節拍報警按鈕SB6，可防止生產線計時時間到而自行啟動。本次裝配工作完成后，要先按SB7取消節拍報警，再按SB1或SB2重新啟動生產線。

5）終端保護

為了防止產品在工位4不能及時卸下，生產線的運轉會導致產品跌落，直接威脅到安全生產。為此在生產線末端裝設有行程開關SQ作終端保護，當不能及時卸下的產品壓合行程開關SQ，KA3線圈獲電，其常閉觸頭斷開KM線圈回路，KM主觸頭釋放，電動機斷電并剎車，生產線停止。待工位4卸下產品后，行程開關SQ復位斷開，KA3線圈失電，其常閉觸頭復位。

2 原后排座椅組裝生產線存在的缺點

原后排座椅組裝生產線的控制雖然能實現設定的要求，并具有一定的保護措施，但在實際生產中，該生產線的缺點也逐漸顯露出來。主要有以下幾方面。

1）工位2是組裝生產線最重要的工位，原生產線聯接螺紋采用氣動扭矩扳手，設定扭矩的精度不高。另外，氣動扭矩扳手沒有防錯功能，不能有效地避免裝配工人在進行螺紋聯接時出現的順序錯誤，甚至出現漏打聯接螺紋的情況，產品質量難以得到保證。

2）生產線的運動是按照時間繼電器設定的時間來運轉的。如果工位2的裝配工人在設定的裝配時間內沒有完成工作，生產線仍然自行起動，若氣動扭矩扳手正在旋緊螺紋不能及時取出，將存在一定的安全隱患。

3）原生產線采用傳統繼電器控制，元件較多，控制線路比較復雜，故障率相對較高。

4）如果生產線在移動過程中被緊急停止，時間繼電器失電復位。重新啟動后，生產線會移動35秒才停止，這將導致生產線的停止位置出現錯位。因而，當產品承托座移動到工位位置時需要再次按停止，等各工位完成本次裝配工作后再啟動生產線重新進入循環。

5）如果未能及時卸下的產品壓合行程開關SQ，則只斷開KM線圈回路令電動機停止，而控制回路的計時仍然繼續，即使卸下產品后SQ復位分斷，也須相應調整生產線的位置。

6）生產線的移動速度不可調。如果安裝前所需的準備時間少于35秒時，將浪費生產時間。

3 改造方案

針對原后排座椅組裝生產線存在的缺點，經過分析研究，決定對生產線進行改造，改造方案如下：

1）采用瑞典阿特拉斯公司的電動扭矩槍總成Power Focus 3000來替代原來的氣動扭矩扳手。Power Focus 3000主要由主機、套筒選擇器和電動扭矩槍組成。如某型號后排座椅靠背和底座骨架的螺紋聯接，工藝要求先聯接兩枚?8 mm的螺栓，扭矩為20.5±3 N·m；再分別聯接四枚?10 mm的螺栓，扭矩為51.5±7 N·m。只需先在Power Focus 3000的主機上設定套筒選擇器1＃位的扭矩組數為2，扭矩值為20.5 N·m，誤差為±3 N·m；設定套筒選擇器2＃位的扭矩組數為4，扭矩值為51.5 N·m，誤差為±7 N·m。再把8 mm、10 mm的套筒分別放在套筒選擇器1＃位和2＃位上。開啟Power Focus 3000后，使用電動扭矩槍聯接螺紋時，操作者必須先在套筒選擇器1＃位上取出8 mm的套筒套上電動扭矩槍，按動扭矩槍上的開關，扭矩槍上的電動機轉動并輸出扭矩聯接第一枚?8 mm螺栓，當扭矩值達到設定范圍時，扭矩槍自動停止并將扭矩值顯示在主機顯示屏上。在同樣聯接好第二枚?8 mm的螺栓后，卸下8 mm套筒并放回套筒選擇器1＃位上，再從套筒選擇器2＃位上取出?10 mm的套筒套上電動扭矩槍，依此完成四枚?10 mm螺栓的聯接。主機設定程序后，在操作過程中，只有嚴格按順序取套筒選擇器上的套筒，并完成該套筒所有的扭矩組后，才能進行下一號套筒的扭矩組聯接，否則電動扭矩槍無扭矩輸出，這樣就可以消除氣動扭矩扳手可能引起的螺紋聯接順序錯亂、扭矩不合格甚至漏接螺紋而引起的質量問題。

2）在控制電路中引入扭矩信號。當設定的所有扭矩組都完成后，Power Focus 3000主機的輸出觸點閉合，當卸下套筒放回套筒選擇器內，輸出觸點復位斷開，并進入下一次螺紋聯接循環。在電動機的控制中引入了Power Focus 3000的扭矩信號。設定的扭矩組沒有全部完成時主機輸出觸點斷開，以此控制生產線，即使裝配計時結束也不能啟動，必須是裝配計時結束和螺紋聯接完成兩個條件同時具備，生產線才自行啟動，消除了裝配計時結束而螺紋聯接未完成生產線就自行啟動的安全隱患。

圖1 主電路及變頻器接線

圖2 I/O接線圖

表2 PLC輸入點和輸出點分配表

表3 指令表

3）采用PLC代替原有的繼電器控制。原控制電路元器件比較多，線路復雜，可靠性低。采用PLC內置的時間繼電器和中間繼電器，簡化了外部接線，提高了可靠性。更主要的是時間控制采用了PLC積算定時器，在定時器計時過程中，無論定時器失電，還是生產線急停或終端保護，PLC積算定時器可以保持當前計數值，觸頭狀態也可以得到保持。當定時器復電或急停、終端保護復位后，定時器內的脈沖計數器由保持值繼續計數，當累計的時間達到設定值，定時器觸頭點動作，只有外部輸入信號接通積算定時器，其計數器和輸出觸點才復位[1]，避免了原生產線急停或終端保護恢復后，須重新人手調整生產線位置的麻煩。

4）加裝變頻器。通過設定不同頻率改變電動機的轉速[2]，從而調節生產線的移動速度，必要時可以提高生產效率。

5）改造后電路：主電路及變頻器接線見圖1；PLC輸入、輸出分配見表2，指令表見表3，I/O接線圖見圖2。改造后的主要元件（盡量利用原來的元件）見表4。

表4 改造后的主要元件

4 結束語

改造后的后排座椅組裝生產線，總體效果良好。組裝的產品質量有了明顯提高，生產線故障明顯減少，操作控制更為方便，有效消除安全隱患。

［1］王兆義.小型可編程控制器實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［2］鄭鳳翼.三菱變頻器原理與應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2012.