商用車車架縱梁智能化立體存儲應(yīng)用探索

王夢甜，李維民，馬望

1.機械工業(yè)第九設(shè)計研究院股份有限公司 吉林長春 130011 2.中國第一汽車集團有限公司 吉林長春 130011

由于商用車車架產(chǎn)品具有多樣性，因此車架縱梁作為車架總成最主要的零部件之一，也隨之具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的特點。無論是沖壓或是輥壓的車架縱梁，根據(jù)其生產(chǎn)特點，均為小批量生產(chǎn)模式，而且后續(xù)車架鉚接裝配線按生產(chǎn)計劃生產(chǎn)也無法匹配，因此，在實際的生產(chǎn)中需要大量的縱梁排序工作。

實施方案

1.工藝方案

傳統(tǒng)的排序工作在地面上進行，通過工人操作天車完成，會占用大量的車間面積及人力，且節(jié)拍很慢。這種方式在縱梁分片電泳工藝下，顯得尤為困難，很難保證電泳后漆膜的質(zhì)量。縱梁存儲和分揀排序的效率、電泳后縱梁的保護等因素對縱梁的存儲提出了更高層次的要求，如何利用國內(nèi)目前現(xiàn)有的機械裝備完成更精益的存儲，成為當(dāng)前亟需解決的問題。

在充分分析縱梁存儲和分揀、電泳后保護等工作特點的基礎(chǔ)上，提出了新的工藝方案，對縱梁按照生產(chǎn)順序進行編組、排序、存儲和轉(zhuǎn)運，如圖1所示。

圖1 工藝布局

2.工藝流程

新方案具體工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

（1）入庫 上道工序生產(chǎn)縱梁在智能化立體庫存儲入庫位完成與倉庫管理系統(tǒng)WMS系統(tǒng)對接，WMS系統(tǒng)生成入庫任務(wù)并分配存儲貨位，利用RGV（有軌穿梭車）小車和堆垛機完成入庫。

（2）出庫 生產(chǎn)計劃及物料信息上傳至庫區(qū)WMS系統(tǒng)，生成出庫上線任務(wù)，倉庫控制系統(tǒng)WCS系統(tǒng)調(diào)度堆垛機將需要上線的左右縱梁移至二層（空中）出庫RGV上，并輸送至縱梁轉(zhuǎn)接位置處，利用空中機械化輸送轉(zhuǎn)接上線[1]。

（3）壓合 生產(chǎn)計劃及物料信息上傳至庫區(qū)WMS系統(tǒng)，WMS系統(tǒng)生成出庫壓合任務(wù)，WCS系統(tǒng)調(diào)度堆垛機配合RGV出庫，經(jīng)壓合工序后的縱梁再次貼碼后重新入庫或直接外發(fā)。

3.設(shè)計難點

1）滿足不同種類的縱梁的存儲（一般不少于100種）。

2）注意不同折彎高度差縱梁放置的穩(wěn)定性。

3）縱梁編組排序速度≤30s/根，縱梁出排序區(qū)至出庫輥道≤30s/根，轉(zhuǎn)運節(jié)拍≤120s/根。

4）電泳后漆膜的質(zhì)量保證。

5）重型貨架穩(wěn)定性保證。

6）保證開動率措施，出現(xiàn)故障的應(yīng)急措施。

4.設(shè)備構(gòu)成

智能化立體存儲系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成見表1，側(cè)視圖如圖3所示。

圖3 智能化立體庫側(cè)視圖

表1 設(shè)備構(gòu)成

（續(xù)）

方案保障措施

1.工藝規(guī)劃類

1）規(guī)劃除縱梁智能化存儲庫外其他可以直接轉(zhuǎn)接縱梁上線的措施。

2）規(guī)劃少量周轉(zhuǎn)面積。

3）生產(chǎn)管理系統(tǒng)具有迅速調(diào)整生產(chǎn)計劃功能。

4）車架鉚接線至底盤裝配線間考慮少量車架縱梁緩存量。

2.機械類

1）載貨臺裝設(shè)松繩斷繩保護裝置、貨物位置異常檢測裝置。載貨臺設(shè)有探貨光電，以確認(rèn)貨架貨位是否有貨，避免雙重入庫。

2）堆垛機水平行走機構(gòu)設(shè)置有U形防脫軌裝置。安裝松繩檢測傳感器，以檢測松繩情況的發(fā)生。

3）貨叉具備微升微降，動作連鎖保護及“空取貨”探測及報警功能。

4）行走導(dǎo)軌天軌、地軌的端部需裝設(shè)止擋塊，以防止堆垛機脫軌。

3.控制系統(tǒng)

1）系統(tǒng)采用可靠性高、功能穩(wěn)定及抗干擾能力強的可編程控制器PLC，具有安全聯(lián)鎖保護及故障診斷和報警處理功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠快速自動停機報警，并且提示故障原因。

2）在整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，各個子系統(tǒng)是獨立運行的，一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障不影響其他系統(tǒng)。尤其是多巷道的情況，各個巷道獨立控制。

3）每個巷道控制系統(tǒng)“一用一備”。

4）控制電動機采用矢量變頻調(diào)速方式，具備對電動機的多種保護功能。

4.貨架有限元分析

利用有限元分析手段，對縱梁貨架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證貨架力學(xué)滿足使用要求[4]。

1）利用Hypermesh軟件分析縱梁貨架的三維模型。采用殼單元進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分后軸視圖和三視圖如圖4和圖5所示。

圖4 縱梁貨架劃分網(wǎng)格（軸視圖）

圖5 縱梁網(wǎng)格的三視圖

2）懸臂上的受力分析如圖6所示。

每根懸臂上平均受到質(zhì)量為a的重物載荷，則重力G=mg=ag，同時G=ql，此懸臂梁在圖6所示這種受力情況下的最大撓度發(fā)生在B處，因此

圖6 懸臂梁受力

式中ωb——懸臂梁B處最大撓度；

G——akg重物的重力；

g——重力加速度；

q——懸臂梁上的均布載荷；

l——懸臂梁的長度。

設(shè)定彎矩最大的位置為A點，且最大彎矩為MA。

在網(wǎng)格劃分之后，每根懸臂梁取c個節(jié)點，每個節(jié)點受力F=G/c，即在每根懸臂上的c個節(jié)點上施加F進行仿真計算。

3）后處理分析。縱梁貨架的材料采用Q235B鋼材。

4）縱梁貨架的應(yīng)力分布。根據(jù)圖7所示的縱梁貨架的應(yīng)力云圖，得出貨架上應(yīng)力集中發(fā)生在懸臂連接處，最大應(yīng)力為d，若d＜235MPa，則滿足受力使用要求。

圖7 縱梁貨架的應(yīng)力云圖

縱梁貨架的位移情況：根據(jù)如圖8所示縱梁貨架位移云圖及表2十大位移節(jié)點列表得出，最大位移為f，最大位移與JB/T5323—1991立體倉庫焊接式鋼結(jié)構(gòu)貨架要求及項目要求做比較，小于位移極限值。

表2 地面層輸送效率表

圖8 縱梁貨架的位移云圖

從以上分析得出結(jié)論，此貨架力學(xué)滿足使用要求。

節(jié)拍計算

1.入/出庫RGV小車節(jié)拍

利用行程、運行速度和加速度計算出加減速時間從而計算出往返平均時間。往返平均時間即為節(jié)拍，單臺單循環(huán)理論能力為3倍的節(jié)拍，按90%利用率計算單臺單循環(huán)實際能力，在考慮70%～80%利用率以及RGV小車臺數(shù)即可得到出庫輸送RGV小車同時工作實際能力總和。

2.堆垛機入/出庫節(jié)拍

根據(jù)圖9所示，堆垛機入/出庫節(jié)拍和表3空中輸送效率表計算出完成一個車架的左右縱梁定點入庫和任意位置的另一個車架左右縱梁出庫的時間，計算相應(yīng)節(jié)拍。

圖9 堆垛機入/出庫節(jié)拍

表3 空中輸送效率表

結(jié)語

綜上所述，利用上述手段，將縱梁智能化存儲方案進一步開發(fā)和優(yōu)化，解決其方案中遇到的難點和問題后，方案的實施完全可行。而這種車架生產(chǎn)智能化、高效化、少人化的方案，必然在未來的生產(chǎn)中會發(fā)揮其重要的作用。