柴油機連桿螺栓實現智能化擰緊設計

馬明建，王亞楠

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261001)

柴油機連桿螺栓實現智能化擰緊設計

馬明建，王亞楠

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261001)

公司WP10/12大功率柴油機共有6個缸進行工作，其連桿活塞機構是重要的動力部件，連桿螺栓共計6組，操作人員把緊連桿螺栓時按照柴油機工作順序進行依次擰緊，人工進行操作，工作量大，生產效率低，易造成零部件的磕碰傷。

連桿螺栓；自動擰緊；設計制造

針對目前人工操作擰緊的弊端，車間根據工藝和技術對比，確定對項目進行自主改造設計，利用ABB機器人設備對連桿進行自動擰緊，經過結構設計、圖紙繪制、零件加工、部件組裝、自行編制程序及現場調試過程，設計制造出連桿螺栓擰緊機自動把緊單元。

1 設計背景及意義

1.1 設計背景

"2+2"連桿擰緊機是人工手持式，需要對6組連桿螺栓分別擰緊，操作者進行兩次手動盤車，分別對1、6缸，2、5缸，3、4缸的連桿進行依次擰緊，勞動強度高、定位精度差、生產節拍不穩定。

主要存在以下問題。

（1）工序配備6人（3班），且勞動強度大。

（2）螺栓擰緊質量依靠人工檢測確認，費時，易出現產品質量問題。

（3）WP10/WP12機型轉換時，需要操作者跨越滾道進行WP10/WP12機型的擰緊。

1.2 設計意義

（1）減低員工勞動強度，減少裝配人員3人。

（2）提升工序效率，減少操作時間5秒。

（3）修舊利廢改造，節約成本約100萬元。

2 設計方案

根據現場實際情況和工藝技術要求，曲柄連桿自動把緊單元主要有自動盤車單元、線體輥道定位裝置、機器人擰緊單元組成。

結構采用機器人帶動擰緊軸對連桿螺栓進行擰緊，根據工藝要求分6次擰緊。

盤車機構完全自行設計、加工制作、裝配調試，并配有615/618機型檢測，夾緊定位可靠，滿足機器人擰緊時盤車要求。

圖1 連桿自動盤車擰緊機構機構簡圖

自動盤車單元由立柱、支撐板、十字滑臺、盤車機構、柴油機定位壓緊機構幾部分組成，如圖1。

雙立柱與支撐板組成龍門結構跨越輥道線，以斜拉支撐穩固其剛性；十字滑臺由直線導軌、驅動氣缸、氣缸支架、氣缸連接支架組成，實現X滑臺的伸出、縮回，Z滑臺的上升下降。X滑臺安裝盤車減速機實現盤車功能。

WP10/WP12兩種機型盤車高度的選擇，由Z滑臺上的調整螺桿與支撐板上安裝的氣缸、死擋塊和活擋塊實現。

盤車機構由盤車電機、花鍵軸、盤車爪、擋盤、信號盤、彈簧組成，整套裝置安裝于X滑臺上，滑臺伸出盤車爪與曲軸連接，信號盤實現基準確認，擋盤上的120度均分感應塊實現盤車精準分度。

柴油機定位壓緊機構安裝于立柱支撐板上，由主體支架、雙行程氣缸、導柱、壓板和直線軸承組成。通過雙行程氣缸實現WP10/WP12機型兩種高度的壓緊及定位。

線體輥道定位裝置由二次定位板、定位氣缸、氣缸安裝座、定位銷軸、含油軸承、端蓋幾部分組成。實現柴油機托盤的定位功能。

機器人擰緊單元由ABB機器人、擰緊軸固定板和擰緊軸組成，擰緊軸固定板實現擰緊軸的安裝以及與機器人的連接，見圖2、3。

3 理論設計計算

根據設計行程要求和十字滑臺行程要求，選用FESTO的DNC-100-350-PPV-A和DNC-50-50-PPV氣缸作為Z滑臺和X滑臺的驅動元件。直線導軌HJG-D30×1350和MSA25E-500作為Z滑臺和X滑臺的傳動部件。

圖2 機器人位置區域簡圖

圖3 ATLAS擰緊軸固定板

柴油機定位壓緊機構根據WP10/WP12機型曲軸裝配中心55mm高度差，選用煙臺三信定制的CDQ2B63-100的雙行程氣缸作為驅動元件，LM25UU直線軸承作為支撐導向。

擋鐵氣缸選用體積小的帶導向的SMC的CUK25-25D氣缸。其它氣動元件選用SMC的VT307-5G-01電磁閥、亞德客4V210-08和4V230C-08電磁閥作為控制元件。

4 工作原理及性能分析

圖4是ABB機器人擰緊過程中移動的動作順序，通過ABB機器人自身PLC控制系統與線體及ATLAS擰緊系統進行信號通訊，完成整個過程的擰緊動作。

在試驗調試時，對機器人程序動作調整，制作樣棒依次對WP10、WP12兩種機型的擰緊位置進行精調，保證其重復擰緊位置可靠。

圖4 連桿螺栓自動擰緊系統動作順序圖

盤車機構調試，微調盤車爪與曲軸定位銷結合量；根據刻線標記調整盤車原點及分度位置可靠。WP10/WP12兩種機型分別調試，檢驗其穩定性。

設備工藝驗證、安全驗證、擰緊軸扭矩驗證等工作，合格后設備進入生產運行監控階段。跟蹤監控設備運行情況完善細節，操作者保證自檢、批次抽檢工藝和質量跟蹤，并作運行情況記錄（圖5）。

圖5 改造后效果圖

5 創新點

（1）結構采用機器人帶動擰緊軸對連桿螺栓進行擰緊，根據工藝要求分6次擰緊完畢。

（2）自主設計盤車機構，滿足機器人擰緊時盤車要求。

（3）自主設計擰緊軸固定架，滿足ATLAS擰緊軸裝配要求，完成零部件繪圖、加工以及裝配。

（4）自行調試機器人、盤車運行程序，并分別對615、618機型擰緊，完成擰緊動作要求。

（5）機體壓緊定位系統、托盤定位系統都自行設計。

（6）自行完成把緊單元與總裝線體信號對接，調試安裝。

6 推廣應用價值

連桿螺栓擰緊機單元是自主設計開發制造自動盤車機構,并首次將機器人系統應用連桿螺栓擰緊的應用型自動擰緊專機。

項目的實施不僅提升了生產效率，降低了人工勞動強度，也保證了產品質量，真正實現了產品的過程保證，達到了精益生產自動化、省人化的要求。項目的實施為團隊積累了豐富的改造設計經驗，為相關設備制造廠家提供設備改造的管理經驗。

U262.11

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：1671-0711（2017）09（下）-0106-02