汽車發動機缸蓋自動裝配生產線設計

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責任公司，哈爾濱150000）

0 引 言

近些年來汽車行業迅猛發展，其中發動機是汽車的靈魂所在，發動機的質量性能如何至關重要，如何降低發動機生產成本，并保證質量性能是目前面臨的課題。國外工業發達國家多采用全自動化裝配生產線，而國內受制于資金和技術所限，一部分有實力的汽車廠商實現全自動化，還有一部分停留在半自動化階段。

根據目前情況，本著提高生產效率、提高質量和互換性、節約成本的思想嘗試設計一種自動化生產線，主要要解決生產線工藝的設計、裝配生產線的布局、傳動系統和動力系統設計等問題。目前的難題是提高汽車發動機自動裝配生產線的水平，因為從汽車工業發展來看，發動機的裝配程度已經限制了汽車自動化生產的水平。選建生產線時要著重考慮生產線的型式、條數、長度、勞動量等因素，以便達到最優結果。

1 發動機缸蓋自動裝配生產線總體方案設計

1.1 生產工藝的設計

根據國內外現有成型的裝配工藝，整個流程設計（如圖1）為：1）進出氣門的裝配。在完成發動機缸蓋加工以后，按順序先安裝進出氣門，注意氣門必須排列規整，氣門對正后，機械手壓彈簧，將鎖夾置于氣門桿凹槽處。反之彈簧壓緊鎖夾，楔型嵌入斜面并鎖住。發動機缸蓋如圖2所示，進出氣門結構如圖3所示。2）進出氣門的裝配檢驗。檢驗鎖塊位置的正確，丟失或鎖夾沒有嵌入槽內屬不合格產品返廠返修，反復檢驗,合格為止。3）進出氣門的清洗。除去氣門的雜質和灰塵對于氣密性而言極其重要，經過對比振動清洗和高壓空氣清洗的優劣，最終確定采用高壓空氣清洗氣門達到標準。4）進出氣門的清洗檢驗。檢驗清洗氣密性是至關重要的一道工序，合格則進入下一工序，不合格則返回，直到合格為止。4）螺栓的裝配。本工序為自動安裝螺栓的工步，通過振動整料器使墊片和螺栓對準發動機缸蓋上的螺孔,用機械手放置入墊片，然后擰緊螺栓。5）螺栓的裝配檢驗。檢驗螺栓裝配效果，分析各種裝配錯誤的情況，并由高度傳感器檢測。

圖1 流程設計圖

圖2 發動機缸蓋

1.2 裝配生產線的總體設計

根據設計任務書中的工藝要求，生產節拍為60 s，綜合考慮生產線的占地、生產節拍、工人工作的最佳高度等因素，整個生產線的整體布局如圖4所示。

圖4 裝配生產線總體設計

2 主要零部件設計

2.1 傳動設計

生產線運轉是一個連續的工作過程, 這里選用鏈傳動,因為這樣可以利用中間的空隙，兩鏈輪中間可以安放停止氣缸和提升氣缸。把發動機蓋放在一個托盤上,托盤放在傳動鏈上,依靠摩擦力使發動機和托盤隨傳動鏈的滾動而實現連續生產。電動機選用帶有減速器的類型，則電動機輸出軸可通過鏈傳動把轉矩和功率傳給輥子軸之間交替通過鏈傳動來傳遞功率，具體形式如圖5所示。

圖5 傳動設計圖

電動機1連接一鏈輪，通過鏈傳動把動力傳給長鏈輪軸6，長鏈輪軸6帶動鏈輪2和輥子3轉動，同時使生產線另一端的鏈輪軸同步驅動。一個鏈輪軸上安裝2個鏈輪，通過鏈輪的交替傳動，帶動所有的鏈輪軸5轉動，從而輥子得以轉動，通過摩擦使托盤和發動機缸蓋向前運動。

2.2 停止氣缸和提升裝置

通過鏈傳動可以保證整個生產線連續工作，但在各個工序上必須要有一段停頓的裝配檢驗時間。根據工藝要求每道工序完成時間為60 s。也就是說除去托盤和發動機缸蓋在2個工位之間行走的時間外, 在每道工序上托盤和發動機缸蓋必須停留50 s左右。這就要求有一個停止氣缸來定位各工序工件的精確位置。選用合適的停止氣缸在需要停止的工位上固定托盤，這樣可以準確地定位托盤。當前，市場上有這種停止氣缸裝置出售。選擇的停止氣缸的型號為RSH50-20DL。

同時，托盤隨輥子的滾動而前進，到對應的工位時，由于停止氣缸作用使托盤和發動機停止前進，傳感器立即給托盤底下的提升氣缸發出信號，提升氣缸接到信號后立即上升。

根據工藝要求氣缸向上運動將托盤舉升5 mm，待工序完成后，傳感器再給氣缸發出信號，氣缸回程，然后托盤被放下繼續隨輥子前進，進入下一工序。

每個工位處的提升裝置可用液壓缸或氣動缸來控制驅動,但考慮工廠有集中供給的高壓空氣，同時進出氣門的清洗和檢驗也都要用到高壓空氣，所以所有控制裝置統一選用氣動裝置。其中由于各個工序對發動機缸蓋和托盤所施加的力的大小、方向、作用點和轉矩都不同，所以一般來說所選的氣缸也不應該相同，由于本設計載荷工位的受力情況相差不多，所以為了簡單方便 只按照載荷最大的工序選擇一種氣缸。載荷最大的工序為進出氣門的清洗檢驗工序，其最大載荷為980 N，根據最大載荷選擇氣缸。選用的氣缸型號為TAIO 10A-6 FB80B50，其基本尺寸：缸徑D0=80 mm；行程S=50 mm。

2.3 托盤

托盤用于盛放發動機缸蓋，選用碳鋼材料。另外考慮生產線的通用性問題，決定采用2層托盤，上面一層用于固定盛放發動機，下面的托盤與輥子接觸，可以配合以其他的托盤盛放其他型號的發動機。上托盤和發動機缸蓋之間、上下托盤之間用定位銷定位。考慮到發動機缸蓋氣門氣密性檢驗和氣門清洗過程中有高壓空氣通過，所以上托盤之間必須有可以排除空氣的縫隙。本設計用4個突起支撐發動機缸蓋。上托盤和下托盤之間用2個螺栓連接。具體的托盤結構如圖6所示。

2.4 返修軌道的設計

氣門的裝配工序完成后，需要進行氣門裝配檢驗工序，檢驗氣門裝配是否合格。若裝配不合格則需要進行返修。返修后再送回到生產線中進行下一工序。返修可為人工返修，也可以再設計一套返修設備。而返修軌道可以選擇有動力的輥子輸送機，也可以選用無動力的輥子輸送機。具體形式有3種構想。

圖6 托盤的結構

1）選用無動力的輥子輸送機若發動機缸蓋經檢驗不合格需要返修時，完全通過人工手動把托盤拉進返修軌道。進行人工返修后，由工作人員把托盤沿軌道推進生產線重新進行檢驗，若還是不合格，則重復上述返修直到檢驗合格為止。選用無動力輸送機道的返修軌道如圖7所示。

圖7 方案一 無動力輥子返修軌道

2）選用有動力輥子傳送軌道，當發動機缸蓋經檢驗不合格時，提升助推裝置將提升托盤和不合格的發動機缸蓋并將其推入返修軌道。當碰到遷移托盤時有動力輥子停止輸送動力，則托盤一個接一個地在輥子輸送機上排好, 排滿后,托盤觸發傳感器，傳感器2發出信號,通知專門工作人員前來修理, 然后再逐個由工作人員手動開動送回輸送機，把修好的發動機缸蓋送回生產線1重復進行檢驗工序，若仍然不合格，則重復上述返修工序，直到合格為止。軌道設計如圖8所示。

3）用機械手實現。若發動機缸蓋經檢驗不合格需返回重修時,機械手接到一個信號,把發動機和托盤一起抓離生產線,放到一邊, 由工作人員統一修理后,再一個一個抓回生產線,重復2工序。軌道和設備設計如圖9所示。

上述3種方案的分析比較：1）選用無動力輥子省電、設備簡單、造價低廉，但完全人工操作，要有專人負責，發動機有問題立刻手動拉離生產線，自動化程度較低，需要工人全天看守，對工人的要求較高，很容易由于工人的疏忽造成事故。2）選用有動力輥子集中人工返修設備相對復雜,浪費電力，但不用專人操作，半自動化。集中修理，不易出

圖8 方案二 有動力輥子輸送機返修軌道

圖9 方案三 用機械手

事故。3）選用機械手集中返修，設備復雜,造價高,但自動化程度很高，對人的要求不高，工作人員可以根據自己的時間安排定期進行返修即可。

綜合考慮各種因素，我國的勞動力資源相對較充足，價格也相對較低。而設備的價格相對高得多，所以我們選用無動力輥子輸送機，完全人工返修，即選用方案1。

3 結 論

該設計著重研究了發動機裝配自動生產線的工藝流程和具體的結構和部件的設計過程。主要設計完成了一條符合我國國情的汽車發動機自動裝配生產線。本課題針對傳動結構，如何在低載荷、無沖擊的情況下既保證傳動精度又能盡量地減少成本展開了研究。在理論上對我國發動機缸蓋裝配生產線的發展和改建具有一定的參考價值。