總裝柔性化生產線的車身轉接機構設計

封增強

摘 要：為適應汽車市場多樣化需求，汽車制造企業需不斷持續進行新產品開發，同時制造工程需同步進行新生產線的規劃和舊線改造，滿足新產品在線制造的需要。為實現低投入高產出的生產經營，汽車產品生產方式正由單一品種剛性生產方式向多品種柔性化生產方式轉變。前期，公司總裝線裝配車型較多，既有已在其它工廠生產的產品，也有開發中的產品，平臺化設計不理想，車身下部支撐點/吊點一致性差，空間尺寸和形狀差別很大。生產線在柔性化設計方面受轉接設備和車身輸送設備局限，柔性化生產線適應車型品種較少，車身轉接過程需要人工調整，無法實現自動化轉接的生產要求，嚴重影響生產效率，并增加不安全因素，不能滿足公司同類車型共線生產要求。此次，結合公司搬遷新產品對總裝進行適應性改造規劃設計過程，自主進行生產線車身轉接機構設計，建立一套類似設備的基礎設計流程和方法，作為后續生產線規劃和改造的設計參考。

關鍵詞：柔性化生產線;車身轉接;轉接機構設計

1 引言

2011年，公司規劃新建整車廠。為實現在較少投資下，生產線能夠兼容更多的產品，因此總裝生產線設計了高度柔性化的生產線。

由于要求總裝線裝配車型較多，既有已在其它工廠生產的產品，也有開發中的產品，平臺化設計不理想，車身的下部支撐點/吊點一致性差，空間尺寸和形狀差別很大，車身轉接過程需人工調整，無法實現自動化轉接的生產要求，嚴重影響生產效率，并增加了不安全因素。

2013年，公司規劃總裝線在現有3種車型基礎上再增加2類4種車型生產，混線生產4個產品7個車型。生產線設備改造升級，總裝線主要是車身轉接機構進行適應性改造設計。結合前期經驗教訓總結，此次重點對車身轉接移載機構進行柔性化設計，在簡化車身接車機構同時，實現自動車型選擇，達到自動化轉接目標。

2 設計依據

2.1 車身情況

總裝線裝配的車型共計4類7種車型，外形尺寸、前懸和軸距差別很大，各車型具體尺寸見下表（單位：mm）。

車身重量均在600kg以上，車身底部裙邊無加強支撐設計，轉接不能支撐車身裙邊，否則會造成車身裙邊變形，影響整車質量。

2.2 車身轉接要求

（1）車身在輸送工裝（滑橇、滑板、吊具及板鏈）上前輪中心X方向上處于同一位置;

（2）轉接時車身轉接機構和輸送工裝上的支撐與車身有足夠的安全距離，不得與車身發生干涉，確保車身表面質量;

（3）車身轉接實現自動轉接，最大程度降低人工調整工作。

2.3 設計、制造原則

車身轉接機構的調整和車身轉接必須滿足生產節拍和安全生產要求，并且實現自動調整和轉接。在原車身轉接機構的基礎上，增加車身轉接和輸送工裝的調整機構，對轉接機構的設計、制造提出專門要求。車身轉接機構設計、制造必須滿足符合國家對機械輸送設備制造、安裝標準及規定。

3 技術原理

車身轉接機構對車身轉接，通過輸送線升降機將帶車身的輸送工裝（滑橇/滑板）升起，車身移載叉伸出到車身下部，輸送工裝隨升降機下落，車身轉移至移載叉支撐上，移載叉帶車身收回并伸出至另一輸送線升降機上方，升降機帶輸送工裝上升，車身脫離移載叉，移載叉收回后升降機下降，車身轉接到輸送工裝上。（下面以涂裝車間車身轉總裝車間為例詳細介紹）

3.1 車身升起

涂裝車間完成涂漆車身，由輸送工裝輸送至涂總轉接工位，經過識別車型，將確認車型的控制信號傳至控制系統，輸送工裝根據控制信號在相應位置停止定位。升降機啟動，輸送工裝攜帶車身上升，至上限位后停止，發出信號等待交接車身。

3.2 車身交接（涂裝輸送線向移載機）

車身移載機首先根據接到車型信號，自動調整車身移載叉間距，滿足需轉接車身的支撐要求。在接到車身上升到位信號后，移載叉向車身下部伸出。移載叉伸出到位發出信號，升降機開始下降，車身落在移載叉支撐上，輸送工裝繼續下降，車身與輸送工裝分離，輸送工裝下降到位發出信號，車身實現輸送工裝到移載叉交接。

3.3 車身的轉移

車身移載叉在接到涂裝車身輸送工裝下降到位信號后開始收回，車身隨移載叉收回離開涂裝側輸送線上方。到達移載機上方，在接到總裝側輸送工裝到位信號后，向總裝側伸出移載叉，車身隨移載叉轉移至總裝側輸送工裝上方并發出到位信號，等待車身交接。此處在總裝側轉接工位有帶車身的輸送工裝時，移載叉會攜帶車身在移載機中位上方等待信號;若總裝側沒有帶車身的輸送工裝，且空的輸送工裝已經到位時，移載叉會攜帶車身直接由涂裝側上方移動到總裝側上方，到位后發出信號，等待車身交接。

3.4 車身的交接（移載機向總裝輸送線）

總裝側輸送工裝接收到車型信號，調整好車型支撐，駛入總裝轉接工位，發出總裝空輸送工裝到位信號。接到移載叉到達總裝轉接工位上方的信號后，升降機帶輸送工裝上升，輸送工裝支撐與車身接觸，輸送工裝繼續上升車身與移載叉分離，輸送工裝上升至上限位停止，發出到位信號。移載叉接到輸送工裝上升到位信號，電機啟動開始收回移載叉，到達中位時發出信號。升降機接到移載叉到位信號，升降機下降，車身隨輸送工裝下降至升降機低位，完成車身交接，發出輸送機啟動信號，輸送工裝帶車身送出轉接工位。

4 方案設計

4.1 車身移載機構

車身移載機構除定制的移載叉和調整機構移動滑軌，包括座架、后移載叉調整裝置、后移載叉、移載叉伸縮聯動軸、前移載叉調整裝置、前移載叉、車身支撐、移載叉伸縮電機、電氣控制等組成，結構件如圖1所示。

4.2 設計要點

4.2.1 移載叉調整范圍確定

為確保各車型在輸送工裝上前輪中心X方向處于同一位置，各車型在輸送工裝上位置如圖2所示。由于各車型長度、前懸和軸距不同，在輸送工裝上位置存在差異。車身移載機構轉接要求是，除支撐車前后支撐外，移載機構任何部位不得與車身發生接觸并有安全距離。為避讓車身底焊接零部件，車身移載前、后移載叉需要進行沿車身X方調整。如圖2所示，前移載叉調整距離較小，并且有2個位置，調整距離在150mm。后移載叉調整距離較大，并且需要3個位置，最大調整距離在780mm。

4.2.2 移載叉定制

原轉接工位移載叉采用德國MIAS汽車工業移載叉，設備負荷最高可達2000kg，移載距離4000mm-7000mm，滿足新增車型載重和移載尺寸要求，故繼續使用該移載叉。

4.2.3 移載叉調整裝置移動滑軌定制

移載叉調整裝置（如圖3所示）前部移動滑軌定制為確保車身在輸送工裝上前輪中心X方向上處于同一位置，根據4類7種車型前懸尺寸，移載叉上車身前支撐需有2個位置，并且相距在150mm。移載叉安裝底座寬度320mm，安裝底座兩側留出緩沖尺寸100-150mm，則移動框架尺寸設計為610mm，兩端再留出10mm安全距離。故前部調整機構移動滑軌長度=150mm +610mm+10mm×2=780mm。移動滑軌需具有承載能力，最重車身約1200kg左右，考慮安全系數，前部支撐需承載1000kg，每側滑軌承載500kg。因此，前部移載叉調整裝置移動滑軌定制1對承載550kg，長度為780mm重型線性滑軌，定制型號為HGW550HB2R780ZACⅡ。

后部移動滑軌定制 根據車型軸距，和前部定位尺寸限制，后部移載叉車身支撐需要3個位置，兩端最遠相距750mm，參照前部調整裝置移動滑軌長度確定方式，后部調整裝置移動滑軌長度=780mm +610mm+10mm×2=1410mm，承載能力與前部相同。因此，后部移載叉調整裝置移動滑軌定制1對承載550kg，長度為1410mm重型線性滑軌，定制型號為HGW550HB2R1410ZACⅡ。

4.2.4 移載叉調整機構動力單元設計

由移載叉調整范圍可知，前部移載叉需移動兩個位置，后部移載叉需移動三個位置。直線移動優先考慮氣缸驅動，但氣缸驅動過程中只能停兩個位置，一個在氣缸行程起始點，一個在氣缸行程末端，無法實現行程中間停止。前部移載叉調整目標可以達到，但3個停止位置的后部移載叉無法實現調整目標，因此調整機構驅動不選擇氣缸驅動。電機驅動具有隨時停止功能，可實現多位置停頓，采用齒輪齒條傳動把電機旋轉運動轉變為直線移動，通過到位開關控制電機運行，既能實現直線移動目的，又能實現三個位置停止。因此，移載叉調整機構選用如圖4所示的齒輪齒條傳動電機驅動動力單元。

4.2.5 車型識別系統設計

車型識別系統采用光電開關檢測車身外形自動識別系統。本生產線生產4類7種車型具有不同的外形、軸距和前懸，轉接要求車身前輪中心X方向處于同一位置，7種車型轉接點位置存在差別。利用此種位置差異，設置多組光電對射開關，車身遮擋不同光電信號，定義不同車型代碼，實現識別車型功能。光電開關自動識別車型系統具有結構簡單、工作可靠的特點，輸出控制信號至移載機構調整控制系統，實現自動調整移載叉間距功能。

4.2.6 電氣控制

車身轉出側升降機電氣控制包括上升啟動和下降啟動，上升啟動由車身轉出側輸送工裝到位信號控制，下降啟動由車身移載叉伸入車身下部到位信號控制。

移載叉電氣控制包括間距調整、空載伸出、載車收回、反向伸出、空載收回，間距調整由車型自動識別信號控制，空載伸出由車身轉出側升降機上升到位信號控制，載車收回由車身轉出側升降機下降到位信號控制，反向伸出由接車側輸送工裝到位信號控制，空載收回由接車側升降機上升到位信號控制。

車身接車側升降機電氣控制包括上升啟動和下降啟動，上升啟動由移載叉反向伸出到位信號控制，下降啟動由車身移載叉空載收回到位信號控制。

4.2.7 原有升降裝置

原有升降裝置升降速度和起升重量滿足新增車型升降要求，不做改造繼續使用。僅需在車身轉出側增加車型自動識別系統，在輸送工裝攜帶車身到位后向移載叉調整機構發出車型信號。

4.3 工作過程

車身轉接工作過程：①車身轉出側輸送工裝攜帶車身到達轉接工位，車型自動識別系統識別車型并發出信號;隨后升降機啟動，將輸送工裝上升到位，等待移載叉接車。②上面沒有車身的移載機構在接到車型信號后，調整移載機構移載叉間距。間距調整到位后向車身下部伸出移載叉，移載叉伸出到位后發出信號，升降機開始下降，下降到位發出信號，移載叉啟動收回至移載機構上部，若接車側沒有車身并且輸送工裝已到位，則移載叉反向伸出，否則在移載機構上部等待。③接車側輸送工裝到位并發出信號，移載叉反向伸出移載叉，移載叉到位后發出信號啟動接車側升降機，升降機上升到位后發出信號，移載叉空載收回到移載機上部，發出到位信號等待下個接車循環。④接車側升降機接到移載叉到位信號開始下降，下降到位后發出信號啟動輸送裝置，攜帶車身的輸送工裝駛出轉接工位，完成車身轉接。

5 應用

根據此設計方案，對總裝線3個轉接點進行改造，分別是涂裝車間向總裝車間車身儲運線轉接，總裝車身儲運線向內飾裝配線轉接，內飾裝配線向底盤吊裝線轉接。

涂裝車間向總裝車身儲運線轉接，完全按上述方案實施改造，是涂裝滑橇上車身向總裝滑橇轉接。

總裝車身儲運線向內飾裝配線轉接，也基本按方案實施改造，從二層平臺向地面裝配線轉接，接車側升降機行程較大，是車身儲運線滑橇向內飾線滑板轉接車身。

內飾裝配線向底盤吊裝線轉接，是利用該方案原理，對移載機構形式進行更改。此處車身轉接不是移行轉接，不能從車身一側伸入移載叉，移載叉需要由車身兩側進入車身下部，所以，將移載叉設計成了左右對稱的前后各一對，同一對移載叉間距調整和伸出收回由統一信號控制，保證全部移載叉同步運行，實現地面裝配線向空中裝配線車身轉接。此時車身已裝配部分零部件，車身重量發生變化，需對移載機構承載能力進行加強設計。

6 結語

本文依據新生產線改造工作，并借鑒多年總裝工藝工作實踐和總結，闡述總裝柔性化生產線車身轉接機構設計的基本思路和方法，對車身轉接機構方案設計主要內容進行明確，對設計方案技術原理和工作過程進行深入分析，經設備改造實際驗證可應用于類似總裝線車身轉接過程中。

總裝柔性化生產線車身轉接機構設計是一個系統工作，需要在改造規劃方案階段早期介入，在設備改造設計時即提出工藝要求，以最精益方式實現總裝線柔性化生產制造目標。

參考文獻：

[1]馬文書.汽車總裝柔性化生產線的設計[D].湖北：華中科技大學，2005.

[2]聞邦椿.《機械設計手冊》.機械工業出版社，2010.