紅巖HY320橋殼機動傳送線設(shè)計

馮學能

（上汽依維柯紅巖商用車有限公司，重慶 400900）

前言

我公司為滿足重型汽車市場對橋總成產(chǎn)品的需求，投資建設(shè)30萬根車橋生產(chǎn)基地，專業(yè)生產(chǎn)重型汽車車橋。車橋分為前橋，中橋和后橋，其中中橋和后橋作為汽車驅(qū)動橋，又主要有鑄鋼橋和沖焊橋兩大類型。鑄鋼橋的本體采用鑄造橋殼，然后兩端壓入導管組合而成。我公司為提升鑄鋼橋生產(chǎn)能力而自行設(shè)計新建了紅巖HY320橋殼壓裝套管線，其工藝模式為面對面相對布置兩臺熱壓機實施橋殼導管熱壓作業(yè)，中間沿軸線布置專用傳送線將壓裝后橋殼輸出。該傳送線采用了一種較為特殊的傳送結(jié)構(gòu)模式，根據(jù)我公司鑄鋼橋殼產(chǎn)品特點，采用一種專用托架小車，鏈條傳動機構(gòu)、分段組合式機架等通過電氣控制實現(xiàn)自動往復循環(huán)運行，投產(chǎn)效果良好，為同類建設(shè)提供參考。

1 項目介紹

橋殼壓裝套管生產(chǎn)線布局見圖 1，兩臺熱壓機生產(chǎn)出來的橋殼產(chǎn)品吊裝放入傳流線放料端，傳流線自動將橋殼緩慢傳送至尾端，在此過程中橋殼自然冷卻。在尾端，人工起吊取出橋殼。

圖1 總體布局示意圖

主要設(shè)計要求：

（1）滿足公司全部鑄鋼橋殼類型，橋殼代表產(chǎn)品外形簡圖見布局示意圖，長2100mm，寬540-570mm，單件最大自重250Kg。

（2）橋殼傳送線采用自動運行模式，總長32米，寬不超過2.5米。

（3）生產(chǎn)節(jié)拍5分鐘/件，要求節(jié)拍在3-7分鐘/件之間可調(diào)。

（4）橋殼傳送過程定位可靠，運行安全，產(chǎn)品加工面得到保護。

2 項目設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)方案分析[1]

本項目需要設(shè)計建設(shè)一條具備足夠產(chǎn)品適應(yīng)性的物流線自動傳輸橋殼。橋殼大量精加工表面，和較大且不規(guī)則的外形決定了不能采用簡單的滾床模式。吊運，托架托板，小車傳送等傳統(tǒng)方式都在我們最初的選擇之中。無論哪種方式，都需考慮在完成橋殼傳送后空托運裝置的返回問題，效率、安全和成本也必在考慮之列。最后根據(jù)橋殼的外形結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)現(xiàn)場實際狀態(tài)，我們決定采用托架定位支承橋殼，托架上安裝一組滾輪形成托架小車，并由傳送鏈帶動運行。而接下來需要解決小車的返回問題，目前一般主要有以下幾種選擇方式：

（1）人工返回：即小車從傳送線初始位置運行至尾端后，使其脫離傳送結(jié)構(gòu)，人工轉(zhuǎn)運至初始位置重新投入運行。這種方式效率較低。

（2）空中自動返回：托架小車運行至傳送線尾端，通過起升裝置起吊，吊裝后沿空中軌道返回至起點位置落下。這種方式利用了物流線的上方空間，結(jié)構(gòu)較為復雜。

（3）地下自動返回：傳送線兩端設(shè)置托架小車升降機構(gòu)，小車由地面?zhèn)魉途€下方的傳輸機構(gòu)傳回。目前我公司車橋裝配線正是采用的這種模式。這種結(jié)構(gòu)需要開挖很大的地坑，結(jié)構(gòu)也頗為復雜成本較高。

經(jīng)過對比分析，我們更希望尋求一種類似傳送帶似的簡易結(jié)構(gòu)模式，將傳統(tǒng)物流小車和傳送鏈板模式相結(jié)合。我們通過緊湊性設(shè)計優(yōu)化，充分壓縮和利用地面機架一米左右的自身高度空間，既不在物流線上方增加布置機構(gòu)，也不需要大量占據(jù)地下空間，在傳送鏈立式布局基礎(chǔ)上，讓托架小車隨傳送鏈上層鏈條運行傳送產(chǎn)品，讓托架小車隨傳送鏈的下層鏈條自動返回。這樣整個系統(tǒng)只需要一套動力，極大的簡化運行結(jié)構(gòu)和降低建設(shè)成本。

2.2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

傳送線整體沿長度方向分為右段（產(chǎn)品放入端）、中間直線運行部分、左段（產(chǎn)品取出端）。傳送線整體又分為上下兩層，上層為托架小車運載產(chǎn)品層，下層為空小車返回層。并相應(yīng)設(shè)計動力傳動和電氣安全控制系統(tǒng)。

2.3 傳送線支承機架設(shè)計

為便于制造和安裝，支承機架采用分段式結(jié)構(gòu)組合而成。在傳送線尾端機架內(nèi)安裝動力驅(qū)動總成，起始端機架內(nèi)安裝從動鏈輪，中間的機架分為結(jié)構(gòu)完全相同的10段。機架總長32000mm，寬1980mm，高935mm。在機架的上下兩個層面，沿長度方向各設(shè)計兩條凹槽型水平直線軌道。兩層軌道之間高度差與驅(qū)動鏈條回轉(zhuǎn)時上下高差匹配。

2.4 托架小車設(shè)計

托架小車需適應(yīng)全部類型的鑄鋼橋殼產(chǎn)品，根據(jù)橋殼外形相對比較一致的共同點，采用兩件耐熱軟質(zhì)V形鋁塊定位支承橋殼兩端軸頸部位，定位塊之間間距采用螺桿調(diào)節(jié)。托架采用雙鏈條帶動，托架與鏈條始終鉸接在一起。在托架兩端設(shè)置支承和移動的滾輪，形成托架小車。本小車在機架上層軌道中運行為正常直立方向，在機架下層軌道中返回時為180°倒立狀態(tài)。如圖2我們巧妙的直接采用一組4只軸承作為滾輪，恰好能同時滿足小車在上下兩層軌道中正反兩種狀態(tài)下的移動運行。

圖2 橋殼托架小車

在傳送線兩端，鏈條隨著鏈輪作180°回轉(zhuǎn)。在左端產(chǎn)品取出后，與鏈條鉸接在一起的空托架小車隨著鏈條的轉(zhuǎn)動自動地從上層軌道滑出，跟隨鏈條做回轉(zhuǎn)180°，然后小車滾輪自動進入下層軌道水平運行。在右端，托架小車從下層軌道移轉(zhuǎn)至上層軌道原理也是如此，從而實現(xiàn)整體自動循環(huán)往復。

托架小車結(jié)構(gòu)見圖2。

2.5 動力傳動系統(tǒng)設(shè)計

按照橋殼寬度尺寸，排列間距適宜在600左右，根據(jù)傳送線長度計算可均布托架小車105個，其中處于上層能裝載傳送橋殼的小車50個。鏈條采用非標定做，基本鏈節(jié)標準選取 32A-1，節(jié)距 50.8，每 12 節(jié)制作一對與托架小車連接的安裝副板，鏈條在水平移動時下方均安裝鏈條托軌。系統(tǒng)需鏈輪6個，包括減速機端鏈輪一個，主動軸輸入端鏈輪1個，長傳送鏈條主動鏈輪2個，從動鏈輪2個。理論上鏈輪直徑越小，越容易控制整體結(jié)構(gòu)高度。在節(jié)距一定時鏈輪直徑大小由齒數(shù)決定，齒數(shù)過少，多邊形效應(yīng)的影響嚴重，會加劇傳動的不均勻性，使工作條件惡化，加速鉸鏈的磨損[2]。當鏈速為低速時，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)大于等于17齒 ，我們?nèi)挎溳嘄X數(shù)都取最小適宜值17，鏈輪傳動比為1，系統(tǒng)減速功能全部交由減速機實現(xiàn)。

鏈條傳動是有中間撓性件的嚙合傳動，受靜張力和動張力[3]。鏈速 v＜0.6m/s的低速鏈傳動一般按靜強度計算[4]。查鏈條標準32A鏈條的極限拉伸載荷Qmin=222400N，計算靜強度安全系數(shù)大于 8，滿足靜強度需求。傳動相關(guān)參數(shù)計算如下：

（1）標準鏈速：v=產(chǎn)品單件間距/標準節(jié)拍=（50.8/1000）*12/5=0.122m/min。

（2）鏈輪節(jié)圓直徑=鏈條節(jié)距/sin（180°/鏈輪齒數(shù)）=50.8/ sin（180°/17）=276.46mm。

鏈輪標準轉(zhuǎn)速 v’=標準鏈速/鏈輪節(jié)圓周長=0.122*1000/（3.14*276.46）=0.14 轉(zhuǎn)/分。

（3）總載重：M=產(chǎn)品單件質(zhì)量*產(chǎn)品數(shù)量+托架單件質(zhì)量*托架數(shù)量=250*50+80*105=20900Kg。這里因負重和安全系數(shù)較大，可以忽略鏈條自身重量。

（4）電機和減速機

因需求生產(chǎn)節(jié)拍在3-7分鐘/件之間可調(diào)節(jié)，經(jīng)初步計算選用4極變頻電機，型號YVP802-4，功率0.75KW，額定轉(zhuǎn)速 1500rpm。行星擺線針輪減速機體積小、傳動比大，效率高（η≥0.9），壽命長，根據(jù)轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)矩要求選用大減速比擺線減速機，型號XWEV1.1-8215A，減速比6177，額定輸出扭矩 9420Nm[5]。這里需做速度和動力兩方面是否滿足生產(chǎn)需要的校驗。

速度方面，在需求快節(jié)拍時：

鏈輪轉(zhuǎn)速=電機轉(zhuǎn)速/減速比=1500/6177=0.24r/min。

鏈速=鏈輪轉(zhuǎn)速*節(jié)圓直徑=0.24*3.14*276.46/1000=0.208 m/min。

節(jié)拍時間=單件間距/鏈速=（50.8*12/1000）/0.208=2.93分鐘＜3分鐘。

變頻電機必然滿足慢節(jié)拍需求，故總的在速度方面滿足3-7分鐘節(jié)拍需求。

動力方面：

傳送系統(tǒng)負載不變的情況下對動力的需求與運行速度成正比，因此需保證在最快節(jié)拍時系統(tǒng)動力足夠。根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)模式評估系統(tǒng)綜合阻力系數(shù)約0.1。

鏈輪阻力扭矩：

T’=FR=mgKR

=20900*9.8*0.1*276.46/（2*1000）=2831.2Nm

減速機扭矩安全系數(shù) S=減速機額定扭矩/鏈輪阻力扭矩=9420/2831.2=3.3。

故減速機額定扭矩滿足動力需求。電機額定扭矩4.7Nm，減速機減速比6177，電機動力足夠。

可見，橋殼傳送系統(tǒng)雖然總重量大，但由于移動速度緩慢，所以對電機功率需求很小，所選電機及減速機滿足傳送系統(tǒng)動力需求，而且留有一定承載提升空間。

2.6 電氣控制與安全設(shè)計

在傳送線取件位置，設(shè)置指向橋殼的紅外線探測器，橋殼運行至該位置時系統(tǒng)暫停。當橋殼取出后，系統(tǒng)繼續(xù)運行讓空的托架回轉(zhuǎn)返回，并將上層后面的橋殼移動至該位置。另外，再在傳送線取件端面增加剛性檔件立柱，作為防止橋殼意外脫落的第二重防護。傳送線的兩端分別設(shè)置了手動電機啟停和急停控制按鈕。傳送線兩側(cè)設(shè)置隔離護欄防止人員接觸運行中的橋殼。

3 項目實施和結(jié)構(gòu)注意點

（1）傳送線經(jīng)過具體設(shè)計實施，總體簡圖見圖3。

（2）產(chǎn)品托架小車采用雙鏈條帶動，需要考慮兩個鏈條差異和在實際運行中的同步性。本系統(tǒng)在從動端鏈輪與軸之間并未采用固定鍵連接，讓從動鏈輪自動適應(yīng)兩邊鏈條長度差異。

圖3 傳送線總體結(jié)構(gòu)簡圖

（3）空的托架小車在傳送線兩端回轉(zhuǎn)時，小車滾輪脫離上層軌道，懸空回轉(zhuǎn)，然后進入到下層軌道。這一過程小車由雙鏈條定位和均衡承重，再在小車兩側(cè)的機架上各安裝一塊鋼板，進一步限定小車在整個回轉(zhuǎn)中的位置，從而可以省略掉傳送線兩端的小車弧形導軌。但是要求上下層軌道高度必須與鏈條回轉(zhuǎn)運行高度相匹配，并且由于鏈輪下方的鏈條將產(chǎn)生一定程度下墜，下層導軌端頭需折彎一段通過斜角擴大開口導入小車滾輪。

4 結(jié)論

（1）本傳送線實現(xiàn)公司重卡各類型鑄鋼橋殼在熱壓裝后的自動傳送，通過橋殼專用托架小車最大同時積放橋殼50件，完全滿足公司兩臺熱壓機的生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）除了在傳送線左端建造一淺坑基礎(chǔ)安裝動力總成外，總體實現(xiàn)了大型橋殼托架小車在傳送線地面機架結(jié)構(gòu)有限高度內(nèi)部自動返回循環(huán)運行的目標，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡化緊湊，避免了大規(guī)模的地下或空中結(jié)構(gòu)布置，降低了建設(shè)成本。

（3）傳送線建成后經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)驗證，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，反響良好，其結(jié)構(gòu)方式實用性較好，為同類建設(shè)提供一定借鑒和經(jīng)驗。