懸掛摩擦輸送線摩擦輪打滑問題分析

牛立輝，張文濤，李永盼，牛保帥，李洪濤

(長城汽車股份有限公司生產技術開發中心，河北保定 071000)

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懸掛摩擦輸送線摩擦輪打滑問題分析

牛立輝，張文濤，李永盼，牛保帥，李洪濤

(長城汽車股份有限公司生產技術開發中心，河北保定 071000)

根據整車廠生產現場發生的摩擦輪打滑問題，通過研究摩擦輪的結構原理和對摩擦輪驅動裝置進行受力分析，總結出了解決和預防此類問題的方法和摩擦輪彈簧選型的計算方法，從而保證設備的可動率。

懸掛摩擦輸送線；摩擦輪；打滑問題

0 引言

整車廠總裝車間底盤線和車門線輸送，目前很多整車廠均采用懸掛摩擦輸送線。懸掛摩擦輸送線利用摩擦驅動原理，通過動力裝置(摩擦輪)與工件的承載介質(吊具)之間的靜摩擦力來完成工件的輸送。如果摩擦輪打滑將導致吊具不能運轉，造成報警停線，其損失難以估量。由于問題發生時間不可控，生產過程中隨時可能造成停線，給正常的生產帶來較大的隱患，故文中主要針對摩擦輪打滑問題進行分析。

1 摩擦驅動裝置受力分析

1.1 摩擦驅動裝置的構成和工作原理

摩擦驅動裝置主要由驅動輪、從動輪、驅動支架、壓緊彈簧和軌道框架組成。根據摩擦驅動裝置所在位置，摩擦輪驅動裝置主要包括直線段摩擦輪驅動(見圖1)和直彎段摩擦輪驅動(見圖2—3)，兩者的受力情況基本相同，主要區別為直線段摩擦輪驅動輪和從動輪分別安裝在驅動支架上，驅動支架安裝在軌道框架上，從動輪位置不動；直彎段摩擦輪驅動輪和從動輪安裝在一個驅動支架上，驅動支架安裝在軌道框架上，轉彎時主動輪和從動輪一起繞軸轉動。根據彈簧壓緊力方向摩擦驅動裝置有兩種：一種為彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力的方向垂直(見圖2)，另一種為彈簧受力方向與摩擦輪受力方向平行(見圖3)。

圖1 直線段摩擦驅動

圖2 摩擦驅動受力分析(垂直)

圖3 摩擦驅動受力分析(平行)

吊具未進入驅動裝置時，通過壓緊彈簧保證驅動輪的位置；吊具進入摩擦裝置時，從動輪不動，驅動輪繞軸轉動，壓緊彈簧被壓縮，將彈簧的壓緊力轉換為主動輪對吊具的正壓力，驅動電機帶動驅動輪旋轉，由驅動輪與吊具之間的靜摩擦力帶動吊具行走。

1.2 吊具的受力分析

直段摩擦輪驅動和直彎段摩擦輪驅動受力情況基本相同，下面以直彎段摩擦驅動裝置為例進行受力分析。

吊具所需最大壓緊力計算過程如下所示：

(1)吊具所需最大壓緊力計算公式：

式中：N車、Nc、R為已知條件，分別代表工件重力、吊具重力、滾動半徑；一般μk取0.05～0.07，Fa為滾動牽引力。

(2)計算總牽引力：

式中：μ為滾輪軸承徑向摩擦因數；n為吊具數量；Fb為滾輪軸承徑向摩擦力；F為單個吊具合計所需摩擦力。

(3)摩擦輪驅動承受的最大壓緊力：

式中：f為摩擦輪的最大摩擦力；μa為摩擦輪(聚氨酯)與聯系桿(Q235)摩擦因數；N為摩擦輪驅動承受的最大壓緊力。

1.3 壓緊力和彈簧力的關系和彈簧的選型

由下式可計算出彈簧的彈性系數，根據彈簧的彈性系數選擇彈簧的型號，見圖2、圖3。

彈簧彈性系數計算公式：

式中：s為摩擦輪壓緊力的力臂；d為彈簧壓緊力的力臂；F彈為彈簧壓緊力；x為彈簧的變形量；k為彈簧的彈性系數。

彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向垂直的摩擦驅動裝置的彈簧變形量與摩擦輪間距變化量的關系如圖4所示。L總為彈簧原始長度(無壓縮時長度)，根據選擇彈簧型號確定彈簧長度。

圖4 彈簧變形量與摩擦輪間距變化量的關系(垂直)

彈簧變形量與摩擦輪間距變化量(垂直)的關系如下式所示：

式中：Y、D、s、a、b、d、L、L總為已知量，分別代表：吊具聯系桿寬度、無吊具時摩擦輪間距、摩擦輪壓緊力的力臂、軸到彈簧固定端的X向距離、軸到彈簧移動端X向距離、彈簧壓緊力的力臂、無吊具時彈簧長度、彈簧無變形的原始長度；過程參量有摩擦輪間距變化量y、摩擦輪繞軸旋轉角度β、軸到彈簧固定端直線距離A、軸到彈簧移動端直線距離B、無吊具時直線A與B之間的夾角θ、夾緊吊具后直線A與B之間的夾角(θ-β)、夾緊吊具時彈簧長度C；x表示彈簧變形量。

由上述公式可知：設計完成后，彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向垂直的摩擦驅動裝置的彈簧最終變形量將不可調節。為保證主動摩擦輪與吊具的摩擦力大于吊具所需的牽引力，一般選擇理論彈簧彈性系數1.5倍左右的彈簧。

彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向平行的摩擦驅動裝置的彈簧變形量與摩擦輪間距變化量的關系如圖5所示。

圖5 彈簧變形量與摩擦輪間距變化量的關系(平行)

彈簧變形量與摩擦輪間距變化量(平行)的關系可由下式表示

式中：Y、D、s、d、L、L總為已知量，分別代表：吊具聯系桿寬度、無吊具時摩擦輪間距、摩擦輪壓緊力的力臂、彈簧壓緊力的力臂、無吊具時彈簧長度、彈簧無變形時的原始長度；過程參量有摩擦輪間距變化量y、夾緊吊具和無吊具情況下彈簧的變形量e、夾緊吊具時彈簧長度C；x表示彈簧變形量。

由上述公式可知：設計完成后，彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向平行的摩擦驅動裝置的彈簧最終變形量可調節。為保證主動摩擦輪與吊具的摩擦力大于吊具所需的牽引力，一般選擇理論彈簧彈性系數1倍的彈簧，但設計時應考慮彈簧的調節量。

2 摩擦驅動裝置驅動力不足的原因分析及對策

2.1 吊具的摩擦驅動裝置打滑原理分析

摩擦輪驅動主要是通過摩擦輪與吊具聯系桿之間的滾動摩擦(靜摩擦力)來驅動吊具移動，并應保證摩擦輪與聯系桿之間具有足夠大的摩擦力，使摩擦力足以克服吊具行走所受的滾動牽引力和滾動軸承產生的徑向摩擦力。

摩擦輪與聯系桿產生的總摩擦力為2f，吊具行走所受的阻力為F=Fa+Fb，當摩擦輪與聯系桿產生的總摩擦力2f大于或等于吊具行走所受的阻力F時，吊具正常移動；當摩擦輪與聯系桿產生的總摩擦力2f小于吊具行走所受的阻力F時，吊具在摩擦驅動裝置上出現打滑現象。分析影響摩擦輪與聯系桿產生的總摩擦力2f的各個參數，以分析摩擦輪打滑的原因。

2.2 影響摩擦輪與聯系桿之間的摩擦力的因素分析及對策

由上述公式得知，影響摩擦輪與聯系桿間總摩擦力的因素有：摩擦輪與聯系桿的摩擦因數μa、摩擦輪的正壓力N、彈簧壓緊力力臂與摩擦輪壓緊力力臂的比值d/s、彈簧壓緊力F彈。

(1)提高摩擦輪與聯系桿的摩擦因數μa。摩擦輪與聯系桿的摩擦因數與材料本身材質、摩擦輪與聯系桿上是否有油污以及摩擦輪是否有劃痕有關。

常見問題描述：摩擦輪被油污污染和摩擦輪劃痕嚴重導致摩擦輪打滑。

原因分析：①吊具小車組內的軸承潤滑時加油加多了，吊具運行時，油溢出掉落至吊具聯系桿和摩擦輪上；②吊具聯系桿和摩擦輪摩擦時產生污染；③吊具聯系桿或摩擦輪上有硬物將摩擦輪劃傷。

問題對策：①對吊具小車軸承潤滑相關保養要求為潤滑脂的加注量為軸承腔內填充總量的1/3～1/2，潤滑周期為1年/次。但由于軸承是密封件，加注時無法直接觀察潤滑脂的加注量和軸承內剩余潤滑脂的量，故要求首次加注時對滿加注量進行驗證，明確填充總量的1/3具體是多少，以后每次保養加注量為軸承腔內填充總量的1/3。②增加吊具清洗裝置。③對劃痕嚴重的摩擦輪進行更換處理。

(2)提高摩擦輪的正壓力N。摩擦輪的正壓力N與摩擦輪表面的水平度和軌道表面的水平度有關，如水平度出現變化，則吊具受到的摩擦輪正壓力N只是一個分力，摩擦輪正壓力減小。

常見問題描述：摩擦輪不水平和軌道不水平導致摩擦輪打滑。

原因分析：①摩擦輪驅動支架變形；②電機固定螺栓松動；③車間網架下沉，軌道水平度不標準；④摩擦驅動裝置和軌道安裝時水平度不標準。

問題對策：①調整驅動支架和電機固定螺栓；②增加電機安裝座限位塊；③調整軌道固定螺栓；④增加扶正裝置；⑤在安裝軌道和摩擦驅動裝置時對其水平度進行檢測，出具測量數據。

(3)提高彈簧壓緊力力臂與摩擦輪壓緊力力臂的比值d/s。彈簧壓緊力與摩擦輪壓緊力的力臂比值與摩擦驅動裝置的結構有關，要提高這個比值，需要更改驅動裝置的結構，設計階段可考慮，現場安裝完成后更改困難，文中不做討論。

(4)提高彈簧壓緊力F彈。彈簧壓緊力F彈與彈簧的變形量x和彈簧的彈性系數k有關。

彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向垂直的摩擦驅動裝置常見問題描述：彈簧壓緊力不足,導致摩擦輪打滑。

原因分析：由上述計算彈簧變形量的公式可知，這種驅動裝置設計完成后，公式中的已知參數均無法調節，所以彈簧的變形量x始終不變，彈簧壓緊力只與彈簧的彈性系數k有關。打滑原因為彈簧彈性系數選小了。

問題對策：更換彈性系數更大的彈簧。但是也存在一定的風險，更換彈性系數更大的彈簧后會增加作用在軸、螺栓和驅動支架上的載荷，支架容易出現變形，螺栓容易斷裂，因此只能適當更換彈性系數更大的彈簧。

彈簧受力方向與摩擦輪夾緊力方向平行的摩擦驅動裝置常見問題描述：彈簧壓緊力不足，導致摩擦輪打滑。

原因分析：由上述計算彈簧變形量的公式可知，這種驅動裝置設計完成后，公式中的已知參數無吊具時彈簧長度L可以調節，彈簧壓緊力與彈簧的彈性系數k和無吊具時彈簧長度L有關。打滑原因為無吊具彈簧長度L大或彈簧彈性系數小。

問題對策：先將無吊具時彈簧長度調小，驗證效果，如打滑問題消除，則不更換彈簧；如打滑問題依然存在，則更換彈性系數更大的彈簧；風險同上，更換彈簧時適當更換彈性系數更大的彈簧。

3 影響吊具所受阻力因素分析及對策

在研究吊具所受壓緊力公式時發現：影響吊具打滑的另一個因素為吊具運動時所受的阻力Fa+Fb。影響吊具運動所受阻力因素為有量綱動摩擦系數μk和滾輪軸承徑向摩擦因數μ，及單個運動部件總重力N單。

由于吊具的重力和工件的重力可以認為為常數，所以單個運動部件總重力N單對吊具所受阻力無影響；有量綱動摩擦系數μk與軌道的水平度和光滑度及從動輪的摩擦阻力有關，為減少吊具所受阻力，需要保證軌道的水平度，安裝階段對軌道的標高進行測量，線體運行一段時間后進行復測，防止車間網架下沉，并對從動輪軸承和軌道表面進行潤滑；滾輪軸承徑向摩擦因數μ與吊具小車組軸承的潤滑和損壞情況有關，為減小吊具所需阻力，需要對吊具小車組軸承定期潤滑，但要注意軸承加油量，并對損壞的軸承進行更換。

4 總結

摩擦輪打滑的主要原因為工作阻力大于主動摩擦輪驅動摩擦力，影響主動摩擦輪與吊具間摩擦力的因素主要有摩擦輪表面的油污和劃痕情況、摩擦輪表面水平度、軌道表面水平度、摩擦輪彈簧壓緊力和摩擦輪壓緊力力臂的比值(即摩擦輪驅動裝置的結構)、彈簧的彈性系數、彈簧的壓縮量等；影響吊具所受阻力因素主要有軌道的水平度、從動摩擦輪軸承潤滑及損壞情況、吊具小車組軸承潤滑及損壞情況。針對這些原因，對懸掛摩擦輸送線軌道和摩擦驅動裝置進行相應調整，保證主動摩擦輪驅動摩擦力大于吊具工作阻力，消除打滑問題，保證線體正常運行。

【1】劉昌友.地面摩擦線輸送小車打滑機理及對策[J].設備管理與維修，2015(2):48-51.

【2】成大先，王德夫，姜勇，等.機械設計手冊:第2卷[M].5版.北京:化學工業出版社，2008:7-238.

【3】成大先，王德夫，姜勇，等.機械設計手冊:第2卷[M].5版.化學工業出版社， 2008:7-264.

Analysis of Friction Wheel Slippage Problem of Suspension Friction Conveyor Line

NIU Lihui, ZHANG Wentao, LI Yongpan, NIU Baoshuai, LI Hongtao

(Production Technology Development Center, Great Wall Motor Co., Ltd., Baoding Hebei 071000, China)

According to the friction wheel slippage problem occurred in the production site of an automotive plant, through the study about the structural principles of friction wheel and stress analysis on the friction wheel drive device, the ways to solve and prevent such problems and friction wheel spring type selection calculation method were summarized, so as to ensure the moving rate of equipment.

Suspension friction conveyor line; Friction wheel; Slippage problem

2016-05-15

牛立輝(1989—)，男，本科，主要從事汽車總裝車間生產設備選型安裝調試工作。E-mail:986624790@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.016

U463.33

A

1674-1986(2016)09-069-04