報廢汽車車輪拆卸技術研究現狀與分析*

檀志遠 陳濱 孫麗英 徐俊梅

合肥科技職業學院 信息工程系 安徽 合肥 230000

1 報廢汽車發展現狀與綜述

1.1 報廢汽車報廢率的形成

隨著社會經濟的逐步發展，科學技術能力的穩步提升，汽車工業發展正在邁向一個新的歷史階段。從1913年美國福特公司第一次開始大批量流水線生產汽車開始，從此社會經濟進步與汽車工業發展相輔相成[1]。與此同時，汽車量的增加，增大了報廢可能值的基數，這將是汽車報廢量出現轉折的一個歷史新高點。根據相關部門最新數據顯示，目前，國內機動車總存量大概3.8億輛，超過2.9億是汽車，但是，隨著汽車更新換代淘汰下來的汽車的回收率僅為0.75%，這完全與當下中國的發展不匹配，也遠低于發達國家的汽車回收率。此外，報廢汽車回收與處理也面臨許多棘手的問題，不法分子非法處理報廢汽車的情況十分突出，讓報廢汽車不經安全處理流入黑市，造成這種現象的原因：一方面由于現今報廢汽車行業監管法律不全，另一方面由于報廢汽車行業回收拆解企業規模較小，使得大部分報廢汽車流入市場，給社會帶來了極大的隱患，如此一來，如何協調解決報廢汽車循環發展與處理是如今面臨的關鍵問題。從某種角度來說，如果把汽車比作一個獨立的生命個體，那么從它出生到滅亡就存在一個生命周期，如果到達生命周期之后，沒有對應的良性處理，這不僅僅是能源的浪費，更是一種能源的污染。所以，在努力踐行可持續發展的道路上，健全報廢汽車行業法律和擴大報廢汽車行業企業容量是很重要的[2]。

1.2 報廢汽車拆卸技術的發展趨勢

雖然我國報廢汽車數量和報廢汽車輪胎都在迅速增加，但是報廢汽車的拆解技術落后這個問題卻日益明顯，尤其是報廢汽車輪胎的拆卸方法、拆卸工藝、拆卸工具和拆卸過程等。孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”，這也充分說明了工具對于工作的重要性。對于報廢汽車的拆卸也一樣，最關鍵的還是拆卸工具，同樣拆卸工具的應用技術水平也代表了報廢汽車的拆卸水平。并且，我國大部分拆卸企業對車輪連接螺栓和輪胎的拆卸更多的都是以人工拆卸為主，發達一些的城市，最多也只是實現了半自動化，存在著拆卸手段落后，對環境的污染大，同時存在著拆卸過程中的一系列安全隱患，大大降低了報廢汽車車輪連接螺栓拆解的工作效率和輪胎降解的生產效率。因此，如何在報廢汽車車輪連接螺栓和輪胎的拆卸過程中使用一些自動化工具代替人工來完成拆卸工作是報廢汽車行業亟須解決的問題。在報廢汽車輪胎的自動化拆卸過程中首先需要解決的技術就是連接螺栓的拆除，然而在實際的拆除過程中，已經存在了半自動化的拆卸工具，比如電動螺絲機和套筒扳手等，但是電動螺絲機和套筒扳手只能通過人工逐個拆卸輪轂上的連接螺栓，使得單位時間內拆卸量低下，不能滿足當下安全高效的工作任務。

視覺機器人技術作為當前比較成熟的應用技術，已經廣泛應用于各行各業，如果在拆卸的過程中引入視覺機器人來完成，就可以極大地解放勞動生產力，提高拆卸效率，并且降低安全隱患，對于拆卸作業來說就可以花更多的精力去進行其他部件的拆卸，將報廢汽車整車的拆卸率提升一個更高的水平。然而，在新的研究熱點中提出將視覺識別技術應用到報廢汽車拆卸中，以機器人工具技術為基礎，從拆卸機械手末端執行器設計出發，并基于三維軟件和構建虛擬報廢汽車車輪連接件拆卸工作環境，應用仿真軟件對專用末端執行器實現仿真拆卸過程。

2 報廢汽車車輪連接螺栓拆卸技術研究

2.1 報廢汽車車輪連接螺栓種類

汽車車輪作為汽車重要的部件之一，螺紋連接件也是汽車安裝過程中重要的基礎件之一。車輪是承受汽車質量及運行沖擊力的關鍵件，其螺紋連接件用于連接輪轂和輪輞，如果在行駛中失效會導致車輛的行駛安全性能降低，導致安全事故的發生，因此是關鍵性零件。

經調研發現，國內外大量常見家用汽車車輪連接螺栓一般以四孔和五孔居多，也有三孔等特殊形式。汽車的性能以及款型不同的，輪轂的安裝也不同。如寶馬孔數多為五孔，PCD為112mm和120mm，孔數為四孔的定位車輪，PCD尺寸范圍一般在100～120mm之間，鎖緊螺母為M12mm；孔數為五孔的定位車輪，PCD的尺寸范圍在100～130mm之間，鎖緊螺母為M12mm或者M14mm，家用汽車的車輪螺母扭矩一般是在100～150N.m。

2.2 報廢汽車車輪連接螺栓拆卸工藝

一般來說，拆卸在某種意義上被定義為裝配的另一種形式，即逆向，然而實質上拆卸和裝配有著本質的區別，比如說雙方的工作條件不完全相同，工作角度也有一定的區別，而且一般報廢拆卸的零部件都是銹蝕破損居多，但是裝配的零部件自身條件相對較好。裝配在作業過程中更多地注重準確化和無損化，而拆卸在作業過程中由于多種原因，更多的關注可有效回收零部件的經濟價值和工作效率。在實際拆卸作業過程中，面對的零部件情況多種多樣，可能有些零件無法達到完整拆卸作業條件，在進行詳細拆卸方案制定時，前期根據零部件的自身狀態再結合相關實驗數據，具體分析拆卸方法再進行實際應用[3]。

以報廢汽車車輪螺紋連接件拆卸為例，有兩種方式可供選擇，旋松法和破壞法。為了更準確有效地完成車輪螺紋連接件的拆卸工作，考慮到零件的外表狀態、零件的重要性以及拆卸的有效性等重點因素。如圖1是報廢汽車車輪螺紋連接件拆卸路線。

圖1 報廢汽車螺紋連接件拆卸路線圖

目前傳統的報廢汽車車輪拆卸方式，拆卸過程中主要存在的問題：①拆卸手段較單一，主要是以人工拆卸為主；拆卸工具單一，主要是以套筒扳手為主。②拆卸效率低下，主要是以單孔逐個拆卸；拆解工藝較差，沒有統一的拆解步驟，拆解過程中容易造成污染環境，不符合環保要求等。

針對目前上述存在的問題，制定一條有針對性的目標螺栓連接件拆卸作業技術路線，從前端區分目標零件的外表狀態，再次按照要求進行拆卸或者破壞，從而提升報廢汽車螺栓連接件拆卸的工作效率。

2.3 報廢汽車車輪連接螺栓拆卸工具

在面向四孔定位車輪和五孔定位車輪拆卸的過程中，為了提高報廢汽車的拆卸效率和保證拆卸部件的完整性，報廢汽車相關企業需要配備常用的專業工具。

目前，市場上常見的拆卸工具大都是以單孔拆卸為主，車輪拆卸方式單一和提高車輪拆卸效率是目前亟待解決的問題。一般來說，在汽車維修廠或者4S店中，車胎是我們經常需要進行更換和修補的，在更換修補的過程中就涉及對車輪的拆卸工作，基本都是通過套筒或者扳手等工具對車輪上的緊固螺母進行逐個拆卸，常見的拆卸對象有多種類型的定位車輪，但是拆卸工具單一且效率低下的問題同樣存在，同理，關于報廢汽車拆卸行業中車輪的拆卸與回收也存在著這樣的問題，落后的拆卸工具和效率低下的拆卸方式，大大地限制了報廢汽車拆卸行業的發展與進步。在面向報廢汽車車輪拆卸的過程中，需要用到的工具主要是針對螺紋連接件的拆卸，再配備一些必要的輔助設備。

3 報廢汽車車輪拆卸機器人工具技術研究

3.1 機器人工具分類

工業機器人在許多領域的應用正在逐步取代人工作業，一方面提高了作業效率，另一方面還降低了作業危險系數以及對人體的損害等。在報廢汽車車輪具體拆卸過程中，工具的使用和型號的配對都是通過人工操作來實現，所以任務相對來說復雜，耗時。因此，將一般常用工具通過改進性設計作為機器人的末端執行器，結合機器人視覺識別技術，從而控制機器人來實現報廢汽車車輪拆卸過程和搭建機器人拆卸工作平臺對推動報廢汽車行業發展具有重要意義[4]。

3.2 機器人工具自動更換技術

在國內，機器人的更換裝置上被普遍研制，其中就包括上海理工大學，華中理工大學381及哈爾濱工程大學B391。通常，受限于作業內容，作業對象，作業環境，作業空間，作業方式，能源等因素，對于機器人操作器更換裝置的結構，連接剛度，體積，重量，甚至更換速度提出了更高的要求。另外，機器人的作業環境在極限條件下更為復雜，為了減輕未知因素和擾動的影響，機器人具備較高的精度控制和作業質量水平就尤為重要。關鍵取決于機器人是否具備較強的感知能力和決策能力。

在國外，ARHC system自動更換裝置比較典型，典型的原因在于這套系統能夠實現工具的自動換接，并且自動換接的方式多樣化，除了通過機械、液壓的方式，甚至還能實現在電子方式下的換接，它最早于20世紀80年代初被Rankyzai在英國的諾丁漢開發，除了能夠實現多種方式的工具自動換接，后來隨著研究的深入，姿態錯誤的檢測能力、視覺和其他的傳感器能力也被逐步添加，這項設計的成功在于它的簡單、精確和高柔性，機器人工具換接機構能夠為裝配或者其他生產過程實現低成本、高效率。一般情況下，工具的自動換接能夠在2-3S內完成。通常，工具自動更換系統由工具庫、與操作器相連的被接端口與腕部相連的主動端口三部分和Robot Tool軟件系統組成，其中，工具庫主要由底板、底座、光電傳感器、電機等組成；主動端口由機械本體、推銷、彈簧、電連接器（插頭）以及由傳感器構成的感知系統組成；被動端口由機械本體和電連接器組成，主動端口與被動端口的位置與姿態可機械本體上的過光孔和臺階來確定，槽和凸臺與底座上的位置相對應[5]。

4 結束語

本文主要是針對目前報廢汽車行業中車輪拆卸存在的一些問題，首先制定一套新的報廢汽車車輪拆卸工藝路線；其次以報廢汽車車輪拆卸為目標零件，通過對報廢汽車車輪相關屬性的研究分析，提出車輪拆卸專用工具的設計；根據機器人工具技術的發展水平，合理利用機器人工具技術和機器人工具的自動更換技術，從而為車輪拆卸做好準備；最后完成一套車輪拆卸方案的制定，對相關拆卸單元進行技術分析，為報廢汽車車輪拆卸機械手的總體方案結構設計做好鋪墊。