一種新型半自動移載機在車身制造中的應用

劉志新，李汝兵，梁 昊LIU Zhi-xin， LI Ru-bing， LIANG Hao（一汽-大眾汽車有限公司，長春 130011）

控制技術

一種新型半自動移載機在車身制造中的應用

劉志新，李汝兵，梁 昊
LIU Zhi-xin， LI Ru-bing， LIANG Hao
（一汽-大眾汽車有限公司，長春 130011）

介紹了一種新型半自動移載機在汽車白車身焊裝手動生產線中的應用；該移載機由平行雙軌制移行軌道，二級提升機構，零件夾緊機構及電驅動系統四部分組成，其中除零件夾緊機構外，其他部分均采用標準化設計，有助于降低維修成本及時間，同時避免了工藝干涉問題；電驅動系統采用PLC控制，結合分布于雙軌制移行軌道及二級提升機構上的接近開關傳感器，實現了移載機的半自動化運行。

車身制造；半自動移載機；平行雙軌制軌道；二級提升機構；電驅動系統；PLC

0　引言

目前，國內的汽車白車身焊裝手動生產線，如前地板、后地板及前輪罩等分總成線，當各分總成體積隨著單件拼裝越來越大以致操作人員無法手動移動時，必須采用一種移載機以實現車身分總成在各相鄰手動工位之間的轉移。以往的移載機多采用電葫蘆吊裝或雙層單軌機構，如圖1所示。

圖1（a）中所示的電葫蘆式移載機由于電葫蘆自身的懸鏈吊掛為軟性連接，員工操作時必須對移載機進行把扶，以避免零件轉移過程中發生碰撞等安全事故，在一定程度上對生產節拍影響很大；圖1（b）中所示的雙層單軌移載機由于自身結構的限制，對現場手動工位的工藝布局要求高，只能應用于焊鉗吊掛無二層延長軌的手動工位。

針對以上兩點不足，本文介紹了一種新型半自動移載機。該半自動移載機可以彌補以上兩點不足并降低員工勞動強度，提高生產節拍及生產效率。目前該設備已應用于實際生產線。

1　半自動移載機的結構組成

該移載機由平行雙軌制移行軌道，二級提升機構，零件夾緊機構及電驅動四部分組成。如圖2所示。其中平行雙軌制移行軌道，二級提升機構及電驅動部分采用標準化設計，有助于降低維修成本，提高維修效率；零件夾緊機構根據具體零件形狀進行單獨設計，基本框架均采用氣動夾緊方式。

圖2　半自動移載機結構示意圖

1.1平行雙軌制移行軌道

平行雙軌制軌道采用兩根EPOSS鋁制軌道平行分布方式。移栽機與軌道之間由四個滑車連接，摩擦系數0.002～0.005，保證了移載機自動移行過程中的平穩性。軌道直接固定于現場工藝鋼結構下方，每3.45m布置一個吊點，兩個吊點之間可以承重800kg，自重約300kg，負載狀態下移動最大靜摩擦力小于30N。與吊掛焊鉗的KBK雙層軌間距100mm，有效避免了雙層軌與移載機軌道干涉的問題。如圖3所示。

1.2二級提升機構

所有二級提升機構采用相同結構設計，根據實際工況，現場鋼結構高度4200mm，夾具最低點600mm，提升工件后高度在1900mm以上，移載機設計起升行程1500mm。主體提升機構采用二級氣動提升，每級提升行程750mm。根據工件和夾具的重量，設計承重350kg。主升降氣缸采用缸徑Ф125mm，行程750mm的氣缸，在5bar氣壓下拉力可以達到573N；二級升降氣缸采用缸徑Ф100mm，行程750mm的氣缸，單個氣缸在5bar氣壓下，拉力可以達到3600N。為了維持上下升降運行的平穩性，每級各采用兩個直線軸承導向升降。二級提升機構采用純氣動控制。控制系統采用三位中泄式比例閥控制，為了防止現場氣源突然故障斷氣，在氣缸出口處設置氣控單項閥，以保證設備在斷氣時提升機構不會自然下墜。圖4為標準二級提升機構的結構示意圖。

圖3　平行雙軌制移行軌道

圖4　二級提升機構結構示意圖

1.3電驅動系統

本文設計的半自動移載機的移動機構采用電驅動形式。電驅動系統主要由驅動輪、驅動電機、減速器、支撐氣缸及電控箱等五部分組成。除電控箱外的各組成部分如圖5所示。電驅動機構各部分設備的具體型號如表1所示。

圖5　電驅動機構結構示意圖

表1　電驅動系統設備清單

2　工作原理

該半自動移載機的工作原理為采用人機互動的點動控制原理，即移載在各工作節點根據操作人員的操作指令，自動完成相應升降及移行動作。在操作把手上根據人機工程學要求，合理布置操作按鈕，控制移載機的升降及移行。

2.1氣動工作原理

移載機的二級提升機構采用氣動控制。操作者按下上升或下降按鈕，二級氣缸動作，開始上升或下降。操作者松開按鈕，升降機構停止在運行位置。同時在升降過程中，由于工作臺夾具的高度不同，在不同的位置還采用自動判斷高度方式。保證在不同的工作臺上方下降高度也不同，最大程度保護工件不受損失。在高度判斷方面，采用位置傳感器，不需要操作者人工干預以避免人為誤操作；工件夾緊機構采用氣動夾緊，各氣路信號互鎖后，自動確認夾緊機構處在正確的操作位置，才允許夾緊或釋放操作。圖6為該半自動移載機的氣動控制原理圖。

2.2電驅動工作原理［1］

圖6　半自動移載機氣動控制原理圖

驅動電機通過伺服放大器由PLC進行控制，PLC通過布置于軌道上方的接近開關檢測移載機的到位信號，根據操作者的操作指令，通過檢測移載機位置及二級提升位置，以實現移載機的自動移行。圖7為半自動移載機的電氣控制原理框圖。

圖7　半自動移載機電氣控制原理框圖

3　節拍計算

對于單個工位節拍來說，移載機的操作時間及運行時間屬于單個工位節拍的重要組成部分。根據移載機的工作原理，單個移載機操作節拍分布如表2所示。

由于員工操作時間具有一定的浮動性，如行走時間，按鈕時間等。為了更精確計算出移載機本身的節拍時間，在計算節拍時，盡量不考慮員工操作時間或將其并入移載機運行時間。按照表2中的操作描述，在考慮安全因素的前提下，該移載機的最快節拍可達到26秒，能夠滿足最高日產700輛份的生產節拍要求。

4　基于PLC的電驅動控制［2］

為了實現該移載機的半自動化運行，二級提升機構及電驅動機構均采用了3個巴魯夫BESQ40KFU接近開關用于檢測移載機移行位置，2個康茂盛CSH-223-5磁性開關用于檢測二級提升機構高低兩個位置；6個施耐德XB2BA31C（G）按鈕開關用于員工操作。所有傳感器及開關的信號均為開關量，符合PLC的應用功能特點，因此電驅動機構的控制單元采用了一臺DVP40ES200T臺達產PLC控制器，該PLC控制器具有24路輸入/輸出接口，工作電壓24V，輸入電流5mA，轉換時間10ms，非線性精度±1%，能夠滿足現場工業標準要求。圖8為半自動移載機PLC程序控制流程圖。

表2　半自動移載機節拍分析表

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圖8　半自動移載機PLC控制流程圖

5　結論

本文介紹了一種新型半自動移載機。該移載機主要由平行雙軌制移行軌道，二級提升機構，零件夾緊機構及電驅動機構等四部分組成。其中平行雙軌制移行軌道及二級提升機構的采用有效避免了焊鉗吊掛二層軌的干涉問題，對焊裝車間現場工藝布局要求低，可以廣泛應用于汽車白車身分總成生產線；電驅動機構的采用大大降低了員工的勞動強度，有效避免了傳統電葫蘆機構的安全性問題，同時能夠滿足最高日產700輛份的生產節拍要求；同時標準化設計的電驅動系統及二級提升機構可以降低維修成本及維修時間，能夠有效提高設備開動率及生產效率。該半自動移載機已經實際應用于兩種車型共六條白車身分總成生產線，使用效果良好。

［1］ 艾祖華.DVP-EX/EX Instruction Sheet［Z］.上海：中達電通股份有限公司，2011.

［2］ 艾祖華.DVP-PLV編程技巧大全［Z］.上海：中達電通股份有限公司，2011.

Application of a new semi-automatic moving manipulator in body manufacturing

TH6

B

1009-0134（2016）08-0001-05

2016-04-18

劉志新（1979 -），男，吉林長春人，博士，研究方向為焊裝工廠及焊裝工藝規劃。