新能源汽車涂裝車間車身立體庫研制與應用

劉振 賈昕宇 侯 強 張巖軍

（1.山西晉中理工學院 智能制造與車輛學院，晉中 030600；2.東杰智能科技集團股份有限公司，太原 030032；3.中電建建筑集團有限公司，北京 100120）

為了滿足新能源汽車企業高效率定制化的生產需求，基于有軌制導車輛（Rail Guided Vehicle，RGV）技術的自動化立體庫在汽車生產領域得到越來越多的研究與應用[1]。汽車生產輸送工藝路徑通常在水平方向采用軌道穿梭車，垂直方向采用升降機的組合自動化立體庫結構形式[2]。王璐瑤[3]、馬文凱[4]、陳國真[5]等對多層穿梭車倉儲系統進行了設計及性能仿真分析，瞿燕研究了庫架合一立體庫的載荷取值與仿真分析[6]，王靜雯[7]、單夢蕊[8]等基于仿真研究了車身立體庫的設計優化。文章以某新能源汽車涂裝自動化立體庫為研究內容，研發設計了軌道穿梭車、升降機組合的車身立體庫輸送系統。通過工藝路徑及受載分析，證明該設計方案布置合理、運行可靠。經系統試運行及生產驗證，該設計滿足客戶使用需求。

1 自動化立體庫工藝流程及設計方案

圖1 為車身出入庫工藝流程，主要流程如下。立體庫入口獲取車身條碼信息，進行車輛跟蹤；立體庫根據生產指令為輸送系統提供路徑；穿梭車設置條碼信息讀取裝置，記錄車身信息。

圖1 車身出入庫工藝流程

1.1 立體庫貨架設計

車身立體庫主要由4 層貨架鋼結構、軌道系統、維修葫蘆系統、穿梭車、升降機、電氣控制系統和倉庫管理系統等組成，如圖2 所示。車身存儲位置位于立體庫兩側貨格，部分貨格上安裝有鋼平臺，鋼平臺上安裝輸送滾床，滿足貨格內車身輸送需求。穿梭車軌道系統位于貨架每層中間，通過軌道支撐架與貨架螺接固定。一側軌道內側安裝有滑觸線系統，穿梭車通過滑觸線進行取電，穿梭車上安裝有讀寫頭裝置，通過安裝于軌道上的條碼帶進行數據讀取，實現穿梭位置的準確定位。貨架兩側布置有5 臺升降機，升降機可滿足車身垂直方向的輸送需求。

圖2 立體庫貨架系統

1.2 穿梭車設計

穿梭車是立體庫輸送系統中水平輸送車身的主要設備，可以實現巷道內貨架車身的存取及車位之間的移動，主要由驅動裝置、升降裝置、貨叉伸縮系統、滑觸線及安全檢測系統等組成，如圖3 所示。驅動裝置由驅動電機、傳動系統、行走導向系統、取電系統、供電系統、位置檢測系統、安全檢測以及控制系統組成。舉升裝置由驅動電機帶動同步帶驅動偏心軸轉動，驅動升降框架上下舉升動作。升降框架固定有直線導軌，保證其豎直上下運動的直線度。移載伸縮叉固定在升降框架上，與升降裝置配合完成存取車任務。位置系統采用二維碼定位方式進行認址。行走系統采用高強度尼龍輪，降低走輪對軌道的磨損和運行過程中的噪聲。取電系統采用滑觸線并布置在軌道內側面，在運行過程中受導輪保護，保證其供電的穩定性。

圖3 穿梭車系統

1.3 立體庫受載分析

車身立體庫作為密集型存儲設備，單位面積鋼結構受載較大，因此立體庫設計過程中進行受載分析具有重要意義。利用PKPM 鋼結構分析軟件，對立體庫鋼結構進行簡化受載分析得到應力比結果，如圖4 所示。由圖4 可以看出，車身庫立柱最大應力比為0.3，發生在立柱底部，即立柱最小安全系數為3.3。通常重型貨架承重后的安全系數為1.5，滿足要求。

圖4 立體庫貨架受載應力比

2 立體車身庫的實際應用

根據立體車身庫的設計及各部件選型計算，生產制造出一套設備并應用于某新能源涂裝車間車身庫輸送線。車身庫每個庫位物品質量為1 t，所有構件采用熱軋型鋼。考慮運輸和安裝方便，立柱分段制作、現場拼裝為整立柱，需要保證整體強度與穩定性。車身庫片架及軌道均為螺接固定可調，保證穿梭車軌道的安裝精度。軌道上平面度和導向扭轉度不大于2 mm，調整后需要緊固防止松動。移載機伸縮叉螺接固定在底架上，伸縮叉電機配置絕對值編碼器，用于控制組件運行、減速、加速、停止等動作。伸出位及返回位也設置接近開關，作為冗余檢測信號。在伸縮叉組件端頭設置限位開關，用于安全限位。移載機設置漫反射開關，用于檢測庫區是否有車，防止移載叉撞車。位置系統采用二維碼定位方式認址，定位精度3 mm。在移動軌道上粘貼二維碼帶，穿梭車高速運行時實時傳輸絕對地址，保證臺車速度平穩和定位準確。經過安裝、調試、試生產，第1、3、4 層穿梭車節拍為30 s，第2 層穿梭車節拍為15 s，整體節拍為105 s，證明該立體庫設備可以滿足車身的存儲、輸送工藝及節拍需求。車身立體庫現場安裝如圖5 所示。

圖5 車身立體庫現場安裝

3 結語

通過分析某新能源汽車涂裝車間車身立體庫的工藝路線，設計研制了一套自動化車身立體庫，可以滿足涂裝車間車身存取的工藝需求。經過現場實際運行試生產，證明設備運行可靠，可以為新能源汽車自動化立體庫設計及應用提供參考。