往復桿輸送線優化方案

許麗虹 許振宏 馮志鵬

摘 要：本文針對現有傳統往復桿輸送生產線存在輸送時間長、輸送精度低的問題，通過分析輸送機構的工作原理及結構，提出三個優化方案來提升輸送速度，并采用伺服改造提高輸送精度。

關鍵詞：往復桿輸送;速度;伺服電機;增值時間;輸送精度

傳統往復桿輸送線具有穩定性高，運行可靠，造價低廉，維修方便等特點而獲得廣泛應用。但傳統往復桿輸送線存在輸送時間長，生產效率低的問題;同時傳統往復輸送線采用普通變頻電機驅動，輸送過程啟動慢，需要通過檢測開關檢測加減速及到位，控制繁瑣，加減速曲線不好，輸送線精度差。

基于上述存在的問題，我們提出輸送時間短、停止位精度高、控制簡單的解決方案。方案對輸送速度進行提升，同時將傳統往復輸送機構中的變頻電機改為伺服電機驅動，重新設計伺服電機驅動單元，優化往復輸送機構的控制系統，優化輸送速度曲線。

1 往復桿輸送線提速優化

往復桿輸送線的工作原理是輸送線整體抬升將工件抬離焊接夾具，輸送線水平運行將工件輸送至下一工位，輸送線整體下降，同時將工件放置在焊接夾具上，輸送線返回原工位[1]。現有往復桿輸送線的結構模型如圖1所示。

現有生產線運行節拍為40JPH，運行效率為90%，ATT時間為81S，往復輸送線的輸送時間為25S，其動作循環過程為：上升—后退鎖打開—前進—下降—前進鎖打開—后退，其運行時間分解如圖2所示。

在生產節拍不變的情況下，往復輸送線輸送時間越長，生產線的增值時間越低，所以可以通過減少往復輸送線的輸送時間來提高生產線的增值時間。從往復桿輸送線的時間分布來看，可以從輸送上升、輸送前進、輸送下降、輸送后退環節進行提速。

1.1 提高輸送上升、下降速度的方法

現有往復輸送線通過舉升氣缸和拉動氣缸驅動其做上升運動，上升時間為4.5S;通過輸送線自重和拉動氣缸驅動其做下降運動，下降時間為5.5S。提高上升、下降速度的方法是改變現有的氣路控制方式，其措施如下：

1）在輸送線下降階段，對舉升氣缸反向加氣壓;

2）通過改變驅動管道直徑大小，將驅動管道直徑由原先直徑為50mm的管道改為直徑為40mm的，以實現減少充氣時間;

3）通過增加換向閥的數量來實現增大充氣流量;

4）通過改變氣缸型號，將目前使用的普通氣缸改變為低摩擦力氣缸。

通過以上改進措施，輸送機構上升700mm需要的時間為4s，下降700mm需要的時間為4s。

1.2 提高前進、后退速度的方法

通過改變往復桿輸送機構的輸送電機輸出轉速比來提高輸送線前進、后退的速度，減少輸送時間。

往復桿輸送機構現在使用的電機型號為R97DV160M4/BMG/HF，其電機功率為11KW，減速比為16.17，頻率為50HZ，輸出轉速為91r/min，輸出額定扭矩為1150M.m。根據現場實際情況，加速時間為1.5s，減速時間為1.2s，勻速時間為4.3s，整個水平輸送時間為7s。

考慮便于做備件，減速機延用R97系列。初步選定的電機型號為R97DRE180M4BE20/HF/TF，其電機功率為15KW，減速比為12.39，輸出轉速為118 r/min，輸出額定扭矩為1210N.m。齒輪分度圓半徑為0.1m，電機與齒輪的傳動比為1：1，工位節距為5.5m，輸出的同步速度為1.23m/s，按照使用頻率為45HZ計算，輸送線臺車滑板高速運行速度為1.11m/s，全程高速運行需要的時間為5s。加速時間t1為1s，加速距離為0.8m，減速時間為0.8s，減速距離為0.6m，則實際高速運行需要的時間為3.7s，整個前進輸送時間為5.5s。

通過對現有往復桿輸送線進行提速，其運行的時間可以減少至20s。

1.3 利用輸送后退的時間進行焊接

通過增加機械硬防護的方式，利用輸送后退的時間進行焊接，可以提高增值時間。確保員工操作不與輸送托架掃略區域發生干涉，同時屏蔽控制在該工位返程時間段的光柵檢測，輸送線后退時可以進行上部車身的焊接、裝件及側框推進等工作，如果在輸送線后退時進行夾具關夾及用于工人操作，將會使輸送線運行時間減少5.5s，從而使工人操作時間增加5.5s。增加機械防護前后的對比如圖3所示。

2 伺服改造

通過采用帶絕對值編碼器的伺服電機做為輸送機構前進后退的驅動力。電機控制方面，伺服電機可以實現無級調速，輸送平穩性好，電機噪音小。加減速階段不需要檢測開關檢測，控制簡單，可保證高速運行的重復定位精度為±0.1 mm。機構的加減速曲線好，輸送線受力均衡，降低了設備的故障率。其控制系統如圖4所示。

在機械方面，取消到位鎖緊機構、減速開關、到位緩沖限位機構，解決了輸送臺車滑板到位后反彈的問題。同時選用可以為伺服電動機等高速、高精度定位、超精密控制用途開發的金屬板簧聯軸器，在實現高剛性、高轉矩、低慣量、高響應性的同時，還具有彎折方向、階梯方向、軸向柔軟的特性，完全沒有背隙，扭轉剛性極高，可進行準確的軸旋轉和超精密控制。通過金屬板簧聯軸器連接伺服電機與輸送齒輪，實現扭矩傳遞，同時聯軸器起到緩沖、減震作用，拆裝方便，提高維修效率。其結構如圖5所示。

3 結束語

經過優化設計的往復桿輸送線運行周期由原先25S減少至19s，同時充分利用了輸送線返程5.5S來焊接，其增值時間增加了11.5S，輸送重復定位精度達到±0.01mm。

參考文獻：

[1]張志杰.車身車間擺桿式往復輸送線的創新設計.制造工程設計，2006，1007-9467（2006）增刊-00106-02.

[2]王麗莉.往返輸送重載伺服系統方案分析.汽車制造業，2016，第20期34-37.