總裝車間大滑板輸送線設計

李彬，彭海峰，王迎斌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

引言

大滑板輸送設備因為其適用性強，造價相對于其他輸送設備便宜，目前在江淮汽車乘用車總裝車間，如乘用車三廠，乘用車二廠內飾裝配線等線體輸送設備大部分都采用的是大滑板輸送設備進行輸送，大滑板輸送設備目前已然成為了江淮汽車總裝車間輸送主流設備，由于總裝工藝人員非標設計能力不足，前期大滑板非標輸送設備主要是通過由專業設計院來完成圖紙設計及計算校核，每新建一條大滑板都給設計院支付10%設備總價值的設計費，因此為了節約此部分非標設計成本，我們對大滑板非標設備的設計及計算校核自主研究工作開展已勢在必行。

1 大滑板輸送設備組成結構及設計流程

1.1 概述

下面就以江淮汽車蒙城工廠建設項目為設計來源，論述蒙城工廠OK線大滑板輸送設備設計流程及計算校核，蒙城工廠建設微客設計綱領為：雙班16個小時，250天，10萬產能；根據前期工廠設計規劃，蒙城工廠需建設2條OK線來滿足節拍需求，此次兩條OK線都設計為大滑板輸送設備。

1.2 大滑板結構組成及設計流程

1.2.1 大滑板結構組成簡介

大滑板輸送線主要由滑板、軌道、驅動裝置、回轉裝置、升降臺、滑板升降機、軌道鎖緊裝置、滑板驗具、維修臺車等組成；

1.2.2 大滑板總體結構外形

如下圖1所示：上方的圖示為大滑板總體結構正視圖，下方為俯視圖，全圖即為此次主要設計的大滑板總體結構外形圖。

圖1 大滑板總體結構外形圖

1.2.3 大滑板設計流程梳理

1.2.3.1 設計流程：大滑板從設計輸入-計算主線輸送速度-頭尾雙線轉接方式選擇-快速驅動段長度計算-各轉接點輸送速度校核-主驅動電機選型校核-主驅動電機數量確認-制動驅動電機選型校核-快驅電機選型校核-升降機電機選型校核-旋轉臺電機選型校核-剪式升降臺電機選型校核-設備工位確認-過渡板數量確認-線體長度選擇-軌道間距確認-軌道型號選擇校核-滑板滾輪軸強度校核-滑板滾輪軸承校核-升降機皮帶強度校核-升降機立柱強度校核-繪制CAD總圖-設計結束。

2 大滑板輸送設備設計計算

2.1 設計參數輸入

2.1.1 生產車型

蒙城項目微客，產品代號SMPV，整車長寬高為4645mm×1740mm×1860mm，軸距 2810mm，前輪距 1500mm，后輪距1465mm，整車整備重量1750kg。

2.1.2 生產任務

完成SMPV內飾線零部件裝配調整等工作。

2.1.3 生產綱領

雙班/8小時，每班/250天，每年 10萬產能(25JPH)，考慮設備開動率 90% ，滿足 10萬所需要的節拍為 144×0.9=129.6S。

2.2 大滑板設計計算

2.2.1 大滑板初始參數確定

2.2.1.1 工位間距及寬度

根據整車長寬高為4645mm×1740mm×1860mm，再留取適當的操作空間，我們選取工位間距為 6000mm，線體寬度為3000mm，即單板長、寬為6000mm*3000mm。

2.2.1.2 據工藝及工位安排計算主線節拍及輸送速度

年產10萬輛，生產班制：250天/年，雙班/天，8小時/班；工位節距6000mm。設備開動率為90%。節拍t=60Tη/N；T——為年工作時間，N為生產綱領，η為設備開動率。

考慮后期產能提升 50%，設備運行速度需達到 V設=2.78*1.5=4.17m/min。設備采用變頻調速最高速度在 4.17m/min。理論能實現0.417m/min-4.17m/min的變化，滿足生產要求。產能提升后節拍t=60*250*8*2*0.9/150000= 1.44min/臺。

2.2.1.3 設備工位設置

設備分為A線和B線共36個工位，A線18安裝工位，主驅動半個工位，制動半個工位，快速追趕需要一個工位，快速脫離需要一個工位，下線工位一個，升降工位左右各一個，旋轉工位左右各一個。A線總共需設置26個工位，這樣我們就能計算出線體的大概有效長度L=26*6=156m?？紤]到個設備（升降設備、旋轉設備）之間運轉的緩沖實際線體長度在158.5m。

2.2.1.4 各轉接點的節拍計算

A線和B線的轉接方式的選擇：A線轉B線一般采用空中轉運的方式，如果采用地底下，由于滑板帶有車身使得地坑深度應該在4.5m以上，從經濟性上是不合適的。B線轉A線由于沒有車身的因素，從地底下就比較合理。轉接中要保證整個車身向前運行，轉接的過程中需要回轉設備保證車身在裝配線上車頭朝前。所以轉接設備就包括（1）回轉裝置；（2）轉運升降機；（3）地坑剪式升降機。

快速驅動為26.4m/min、回轉速度為20.4m/min。回轉裝置動作時序圖.dwg，見附件；看圖可知回轉裝置的節拍為77s在86s內。設備速度滿足節拍要求。

快速驅動為26.4m/min，升降機升降速度為40m/min。轉運升降機動作時序圖.dwg，見附件；從圖紙中可以分析到轉運升降機的動作節拍在77s，在86s內。滿足工藝節拍要求。

快速驅動為26.4m/min，剪式升降臺升降速度6m/min。剪式舉升臺動作時序圖.dwg，見附件；從圖紙中可以分析到轉運升降機的動作節拍在82s，在86s內。滿足工藝節拍要求。

2.2.2 各設備的電機功率選擇及校核

2.2.2.1 主驅動電機減速機選擇

2.2.2.1.1 滑板線整體驅動整體載荷重量

表1

2.2.2.1.2 滑板行走滾動摩擦系數：

滾輪摩擦系數根據滾輪結構計算：

圖2 滑板滾輪結構圖

D：滾輪直徑

d：滾輪軸直徑

k：滾輪在軌道上的摩擦力臂（可取0.05-0.06）

μ：滾輪軸頸處滑動摩擦系數（0.01-0.03）

c0：附加阻力，如滾輪側緣和導軌之間的阻力、由于偏斜或安裝不準而引起的阻力，對于滑動軸承取1.2-1.3，對于滾動軸承取1.5-1.8。

W：滾輪摩擦系數

滾輪C0=1.5，k=0.05，μ=0.03，d=9cm，D=20cm；

W=1.5*（2*0.05+0.03*9）/20=0.0278。

2.2.2.1.3 主驅動功率計算

工藝速度為：4.17m/min，總載荷為：M=56520Kgf，摩擦系數為：0.028。

p=w*M*10*V/60/0.85/1000；p=1.294KW；單臺電機功率為0.65KW。主驅動電機選擇1.1KW。根據SEW電機選型樣本電機使用環境。

2.2.2.1.4 主驅動摩擦輪直徑選擇

摩擦輪直徑一般都有系列化，300mm、470mm、500mm等選擇，摩擦輪直徑越大使用中接觸面積就越大，但是成本也相應增加。根據主驅動的使用情況選擇D=300mm直徑的摩擦輪較為合適。滑板運行阻力為：F=0.028*56520*10=15825.6N。扭矩為T=F*R，總扭矩：T=15825.6*0.15=2373.84（N*m）。

2.2.2.1.5 電機減速機選擇

電機功率選擇1.1KW，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，4.17/0.94=4.4r。選取轉速為 4.8r。實際最大輸送速度為4.52m/min。KF87R57DT90S4/BMG/HF/TF/VS輸出轉速為4.8r/min；輸出扭矩為 2010N*m。使用系數 1.35。電機減速機輸出力為F出=2010*2/0.15=26800N。

主驅動數量的選擇，從功率上選擇總功率應在2臺主驅動滿足使用要求。主驅動在使用過程中負荷較大，備用兩臺。主驅動一般選擇4臺使用。

2.2.2.2 快速驅動電機減速機的選擇

快速驅動是為了滿足線體與單機設備的轉接，快速的將滑板輸入、輸出單機設備，滿足線體輸送的節拍要求。

表2

滑板的摩擦系數為w=0.0278，電機的功率：p=w*M*10*V/60/0.85/1000；快速驅動的輸送速度為24m/min；p=0.0278*2700*10*24/60/0.85/1000=0.353KW。電機功率選擇0.75KW，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，24/0.94=25.5r。查SEW選型手冊KF47DT80N4/BMG/HF/TF,輸出轉速28r/ min，輸出扭矩255N*m。實際輸送速度為：V=0.3*π*28= 26.4m/min。

2.2.2.3 制動驅動電機減速機選擇

制動驅動主要是防止滑板出現非驅動性位移，造成滑板自行移動，通過制動驅動的同步轉動使得滑板之間不存在間隙。運行更加平穩。

滑板實際運行速度為4.52m/min即0.075m/s，摩擦輪采用300mm，輸出轉速為4.8r?？刂苹寮铀贂r間為1秒，加速度為 a：0.075m/s2。慣性力為 F=m*a，m=56520Kg，F=56520*0.075=4239N。

實際功率為 p=F*V/60/0.85/1000,P=4239*4.52/60/0.85/1000=0.38KW。單臺功率為0.19KW。選擇0.55KW的電機，D=300mm；L=π*D/1000=0.94m，4.17/0.94=4.4r電機減速機輸出轉速為4.7r/min；

實際輸送速度為：V=0.3*π*4.7=4.43m/min.根據選型手冊電機減速機型號為 KF77R37DT80K4/BMG/HF/TF/VS，輸出轉速4.7r/min；輸出扭矩1020N*m。摩擦輪直徑0.3m，輸出阻力為6800N。

2.2.2.4 轉運升降機電機減速機選擇

轉運升降機是通過升降機將滑板和車身送到空中鋼平臺，從A線輸送到B線，再通過另外一臺轉運升降機將滑板從空中平臺輸送到B線。

表3

根據SEW電機減速機選型：

選擇R系列，R107DV160L4/BMG/HR/TF，輸出轉速為41r/min，輸出扭矩為 3460N*m。實際升降速度為：V=0.35*π*41=45.1m/min。電機減速機提升力為：3460*0.175= 19771 N。

2.2.2.5 剪式升降機電機減速機選擇

用于將滑板通過地面返回，舉升高度最大為1.8m，升降速度為6m/min。最大載荷為2000Kg。

2.2.2.5.1 剪式升降機總載荷

表4

運動部件總載荷為M=4650Kg；

2.2.2.5.2 電機功率的選擇

電機功率：P=M*10*V/60/0.85/1000；升降速度為 6m/min，P=4650*10*6/60/0.85/1000=5.47KW，安全系數取2，電機功率選取11KW。

2.2.2.5.3 剪式升降機電機減速機選擇

通過模擬分析舉升過程中皮帶行走具體，即舉升1.8m，皮帶行走距離為3.6m，皮帶行走速度為：V皮12m/min；帶輪直徑選擇為 d=0.135m，需要轉速 n=V皮/π/d，則 n=12/π/0.135=28.3r。查SEW電機減速機選型表可知：R107DV160 M4/BMG/HF/TF，輸出轉速為30r/min，扭矩為T=3470N*m。

2.2.2.6 旋轉臺電機減速機選型

2.2.2.6.1 載荷計算

滑板重量 1700Kg；車身重量：1000Kg；旋轉臺加驅動重量：2000Kg。

2.2.2.6.2 摩擦系數選擇

旋轉臺為滾動摩擦：系數選取在0.025-0.05之間；滾輪直徑270。摩擦系數選擇0.025。滾輪直徑越大摩擦系數越小。

2.2.2.6.3 電機功率選擇

阻力F=μN=0.025*4700*10=1175N；軌道旋轉直徑3m；周長為9.42m；兩轉為：V=18.85m/min。

P=F*V/60/1000=1175*18.85/60/1000=0.369Kw；選取電機2.2KW。滿足使用要求。電機輸出轉速：滾輪直徑270mm；22.23r，選擇24r，滿足節拍要求；

電機減速機型號為：KA77DV100M4/BMG/HF,安裝方式M3，電機接線角度180°

2.2.2.7 主要結構見受力強度計算

2.2.2.7.1 滑板強度計算

滑板加支架的整體重量為1700Kg，車身重量按1000Kg計算，整體載荷為M=2700Kg?；遄咻啚樗膫€，由于車身整體重心的不平衡造成走輪承載不一樣，載荷 P=M/4/0.7；0.7為走輪的不平衡系數。P=2700/4/0.7=964.3Kg。走輪軸選擇F=P*g，F=964.3*10=9643N。根據走輪結構，走輪軸為心軸只受彎矩，按中心載荷計算彎矩為：T=F*l=9643*50=482150N*mm。為許用剪切應力。走輪軸采用45鋼，查遍計算為355Mpa。d=23.86mm。走輪軸采用直徑24mm以上的45#鋼均能滿足要求。

圖3

走輪軸承的校核：走輪選擇軸承為深溝球軸承型號為6308。單個軸承受力為F=1.2*9643/2=5786N

軸承參數：軸承內徑40，外徑90；額定靜載荷C0r=24000 N，額定動載荷Cr=40800N。極限轉速7000，潤滑方式：潤滑脂。

工作參數：軸向載荷Fa=100N；徑向載荷：Fr =5786N，一年工作4000小時，20年為80000小時，工作轉速為：8r/min。

計算結果為：當量靜載荷：P0=Fr，額定靜載荷C0= S0*P0，S0為安全因素，選擇為1.5，C0=1.5*5786=8679；小于24000滿足。24000/5786=4.1

當量動載荷為：Pr=5786N，

fh=Cr*fn*ft/fm/fd/Pr；

fn=1.494, ft=1, fm=1.5, fd=1.2。fh=5.85。查表，軸承壽命為100000小時。滿足20年的使用要求。

2.2.2.7.2 行走軌道的校核

滑板自重1700KG，車身自重800KG，其他重量200KG，四個輪子承載675KG，預留100KG

在外力作用下，梁的軸線由直線變為曲線，變彎后的梁軸稱為撓曲軸，它是一條連續而光滑的曲線。

根據 22#輕軌的實際受力知：其彎曲變形可以簡化為簡支梁，承受集中載荷F=8000N，受力簡化如圖所示。

圖4

則22#輕軌的最大撓度計算過程如下所示：

由于載荷F作用在梁跨度中點，即a=b=0.75m，知梁的最大撓度發生在梁跨度中點即由工程力學手冊查得中點受力的最大撓度計算公式為：

公式中各參數含義即本題目中的數值：

F：簡支梁載荷，8000N；

l：簡支梁總長，1.5m；

2.2.2.7.2 升降機的材料強度校核：

升降機皮帶載荷：7000Kg（皮帶升降機電機減速機選擇的載荷計算表），單根皮帶為7000/4=1750Kg。提升安全系數一般在10以上，單根皮帶需滿足承載17500Kg，即175000N為175KN。根據皮帶（康迪泰克）提供的皮帶承載表，選擇寬度為180系列的能承載234KN。

升降機立柱的靜力穩定性計算：驅動裝置加驅動平臺重量為2000Kg；承載7000Kg加配重6500Kg。單根立柱承受載荷為 2000+7000+6500=15500（Kg）；P=15500*10/2= 77500 N；300*10方管立柱長度為L=10m為：

λ=2*10/0.408/0.3=163.4。λ＞λ1；所以采用歐拉公式計算：

E=200*105N/cm2；300*10矩形管慣性矩I=24966cm4，L=1000cm，μ=2；

Pc=1232022N，選取6的安全系數：P=6*22500=465000N。Pc＞P；滿足穩定要求。

在完成了電機、減速機選型及主要部件的強度校核后，一條大滑板輸送線就基本設計完成了，按校核內容選取的零部件繪制CAD零部件圖紙及總圖即可。

3 結束語

本論文通過對大滑板輸送線體主要結構、非標設計流程、驅動電機、減速機選型計算校核及主要組成部件受力強度的安全計算校核等，完成了一條總裝車間大滑板輸送線的完整非標設計。

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